KR102280245B1 - Complex flame retardant with inorganic flame retardant and method for preparing of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 난연제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 인-질소계 난연제 및 실란 표면처리된 무기계 난연제를 혼합하여 제조됨으로써 향상된 난연성 및 우수한 물성을 나타낼 수 있는 유-무기계 복합 난연제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite flame retardant and a method for manufacturing the same, and more particularly, an organic-inorganic composite flame retardant capable of exhibiting improved flame retardancy and excellent physical properties by mixing a phosphorus-nitrogen flame retardant and an inorganic flame retardant with a silane surface treatment, and manufacturing the same it's about how

Description

무기계 난연제를 포함하는 복합 난연제 및 이의 제조방법{COMPLEX FLAME RETARDANT WITH INORGANIC FLAME RETARDANT AND METHOD FOR PREPARING OF THE SAME}Composite flame retardant containing inorganic flame retardant and manufacturing method thereof {COMPLEX FLAME RETARDANT WITH INORGANIC FLAME RETARDANT AND METHOD FOR PREPARING OF THE SAME}

본 발명은 복합 난연제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 인-질소계 난연제 및 무기계 난연제를 혼합하여 제조되는 유-무기계 복합 난연제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite flame retardant and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an organic-inorganic composite flame retardant prepared by mixing a phosphorus-nitrogen-based flame retardant and an inorganic flame retardant, and a method for manufacturing the same.

화재는 많은 재산피해 및 인명피해를 발생시키게 된다. 화재시 발생하는 유독가스는 건축물, 차량, 가구 등에 내·외장재로 사용되는 합성수지의 연소가 그 주요한 원인으로 지목되고 있으며, 이에 이러한 문제의 해결을 위해 합성수지 등에 난연성을 부여하여 화재가 빠르게 번지는 것을 방지하는 동시에 유독가스 발생을 저감시켜 인명피해를 최소화하고자 기술의 개발이 이루어져 왔다.A fire causes a lot of property damage and casualties. The main cause of toxic gas generated in a fire is the combustion of synthetic resins used for interior and exterior materials in buildings, vehicles, and furniture. To solve this problem, flame retardancy is given to synthetic resins to prevent the rapid spread of fire. At the same time, the development of technology has been carried out to minimize the damage to human life by reducing the generation of toxic gas.

일반적으로 합성수지의 난연화를 위하여 수지 제조시에 난연성 물질인 브롬(Br) 등을 화학반응에 의하여 부가하거나 또는 난연제를 첨가하는 방법이 이루어지고 있다. 이 때 첨가되는 난연제는 포함하는 구성에 따라 할로겐계, 인계, 질소계, 복합계, 무기계 등으로 구분된다. 종래 난연제 중 유기 할로겐계 화합물이 많이 사용되어 왔으며, 특히 브롬계 난연제 및 안티몬계 난연제를 함께 사용하는 경우 그 난연 효과가 더욱 향상되는 것이 알려져 있어 그를 함께 사용하는 경우가 많았다. 그러나 할로겐계 난연제는 연소되면 유독가스를 발생시켜 질식사를 유발하고 안티몬계 난연제 또한 발암성이 문제가 되어 선진국을 중심으로 규제의 움직임을 보이고 있다. 또한, 할로겐 원소 중 염소(Cl) 성분을 고함량으로 포함하는 난연제는 무용제 우레탄에 적용할 시에는 반응 속도의 차이로 물성 차이가 발생하게 되는 문제가 있고, 전자부품에 적용하는 경우에는 그 부식성을 확인하기 위한 내후성 측정시에 PCB 기판에 부식을 일으켜 제품 누전 등 치명적인 문제를 야기함으로써 안정성을 저하시키는 문제가 있어 그 적용이 어려운 실정이다.In general, a method of adding bromine (Br), which is a flame-retardant material, or the like, as a flame retardant material by a chemical reaction, or adding a flame retardant is made in order to make a synthetic resin flame retardant. At this time, the added flame retardant is classified into halogen-based, phosphorus-based, nitrogen-based, complex-based, inorganic-based, and the like, depending on the composition it contains. Among conventional flame retardants, organic halogen-based compounds have been widely used, and in particular, when a bromine-based flame retardant and an antimony-based flame retardant are used together, it is known that the flame retardant effect is further improved. However, halogen-based flame retardants generate toxic gas when burned, causing suffocation, and antimony-based flame retardants are also carcinogenic. In addition, when a flame retardant containing chlorine (Cl) in a high content among halogen elements is applied to solvent-free urethane, there is a problem in that a difference in physical properties occurs due to a difference in reaction rate. In the weather resistance measurement for confirmation, corrosion of the PCB substrate causes fatal problems such as product leakage, which lowers stability, making its application difficult.

할로겐계 난연제는 난연성이 우수하고 경제적이 좋아 현재 국내에서 가장 많이 사용되고 있으나, 전술한 문제점 및 할로겐 함유 소재 이용이 환경 및 안정성에 미치는 영향에 대한 국제적인 우려로 인하여 비할로겐계 난연제의 개발에 대한 수요가 증대하고 있는 추세이다. 통상적으로 할로겐프리(Halogen-Free) 제품은 브롬 및 염소(Cl) 함량 합이 1500ppm 이하이고, 염소 단독은 1000ppm 이하일 것이 요구된다.Halogen-based flame retardants are the most widely used in Korea due to their excellent flame retardancy and economical efficiency. However, due to the aforementioned problems and international concerns about the impact of halogen-containing materials on the environment and stability, the demand for the development of non-halogen-based flame retardants is increasing. is a growing trend. In general, halogen-free products require that the sum of bromine and chlorine (Cl) content be 1500 ppm or less, and chlorine alone is 1000 ppm or less.

비할로겐 난연제는 브롬화 난연제에 비하여 난연 성능이 현저히 낮 거나 제조비용이 높은 문제로 난연 성능이 우수하면서도 경제성이 우수한 새로운 난연제 개발을 위해 계속해서 많은 노력이 이루어지고 있다. 이러한 비할로겐 난연제로는 예를 들면, 인계, 질소계, 실리콘계, 붕소계 등이 있으며, 이 중 인계 난연제에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나 대표적인 인계 난연제인 유기인산계 난연제는 고분자 제품에 적용하는 경우 휘발성분으로 인해 제품의 질이 저하되는 문제가 있다.Non-halogen flame retardants have significantly lower flame retardant performance than brominated flame retardants or have high manufacturing costs. Therefore, many efforts are being made to develop new flame retardants with excellent flame retardant performance and excellent economic feasibility. Such non-halogen flame retardants include, for example, phosphorus-based, nitrogen-based, silicon-based, boron-based, and the like, and among them, research and development for phosphorus-based flame retardants is being actively conducted. However, when the organic phosphoric acid flame retardant, which is a representative phosphorus flame retardant, is applied to a polymer product, there is a problem in that the quality of the product is deteriorated due to volatile components.

인-질소계 난연제는 열작용(heat operation)에 의해 생성되는 차르(char)를 질소 기체가 다공질로 만들어 열분해에 의한 연소를 제어함으로써 난연 효과를 나타낸다. 난연성과 내가수분해능이 우수한 발포성(intumescent) 난연제로 많이 알려져 있으며, 주로 첨가형으로 사용되고 있다. 이러한 발포층을 구성하기 가장 우수한 구조는 Carbon source : 폴리인산 : N 비율이 1:2:1 구조에서(Perstorp, sweden) 가장 우수한 발포층을 형성하는 것으로 알려져 있다.The phosphorus-nitrogen-based flame retardant exhibits a flame retardant effect by controlling combustion by thermal decomposition by making nitrogen gas porous to char generated by heat operation. It is widely known as an intumescent flame retardant with excellent flame retardancy and hydrolysis resistance, and is mainly used as an additive type. It is known that the most excellent structure for constituting such a foaming layer forms the most excellent foaming layer in a structure (Perstorp, sweden) in which the carbon source:polyphosphoric acid:N ratio is 1:2:1.

나노사이즈 소재는 다양한 산업분야에서 활용되고 있다. 나노입자의 제조를 위하여 여러 가지 방법이 활용되고 있으며, 졸겔법, 전기폭발법 등이 이용되고 있다. 이 중 전기폭발법은 금속 또는 세라믹 소재를 융점보다 약간 높은 온도로 가열하면 원자가 재료 표면을 벗어나 증기를 형성하고, 이 높은 온도의 원자들이 반응 용기내 차가운 원자를 만나면 냉각되어 응축되면서 나노 사이즈 고상물질을 형성할 수 있는 원리이다.Nano-sized materials are being used in various industrial fields. Various methods are used for the preparation of nanoparticles, and a sol-gel method, an electric explosion method, and the like are used. Among them, when the electric explosion method heats a metal or ceramic material to a temperature slightly higher than the melting point, the atoms leave the surface of the material to form vapor, and when these high-temperature atoms meet cold atoms in the reaction vessel, they are cooled and condensed to form a nano-sized solid material. It is a principle that can form

KR 1020150082359 AKR 1020150082359 A

본 발명은 난연이 필요한 고분자 소재, 인공피혁, 섬유소재 및 전자 부품에 적용하여 난연성을 우수하게 향상시킬 수 있는 할로겐 프리(halogen free) 유-무기 복합 난연제의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a halogen-free organic-inorganic composite flame retardant that can be applied to polymer materials, artificial leather, textile materials and electronic components requiring flame retardancy to excellently improve flame retardancy.

또한, 본 발명은 인-질소계 난연제와 복합 사용 가능하며, 복합 사용시 난연성을 현저하게 향상시킬 수 있는 세라믹 난연제의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic flame retardant that can be used in combination with a phosphorus-nitrogen-based flame retardant, and can significantly improve flame retardancy when used in combination.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 난연제를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a flame retardant prepared by the above manufacturing method.

또한, 본 발명은 상기 난연제로 가공처리되어 우수한 난연성을 갖는 고분자 소재, 인공피혁, 섬유소재 또는 전자 부품을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, it is another object of the present invention to provide a polymer material, artificial leather, textile material or electronic component that is processed with the flame retardant and has excellent flame retardancy.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인-질소계 난연제 및 세라믹계 난연제를 각각 준비하는 난연제 준비단계; 상기 세라믹계 난연제를 실란계 화합물로 표면처리하는 표면처리단계; 및 실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 및 상기 인-질소계 난연제를 혼합하여 복합화하는 복합화단계;를 포함하는, 복합 난연제의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a flame retardant preparation step of preparing a phosphorus-nitrogen-based flame retardant and a ceramic-based flame retardant, respectively; a surface treatment step of surface-treating the ceramic-based flame retardant with a silane-based compound; and a complexing step of mixing and compounding the ceramic-based flame retardant surface-treated with a silane-based compound and the phosphorus-nitrogen-based flame retardant.

또한, 상기 복합화단계에서 실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 및 상기 인-질소계 난연제는 1:4 내지 8의 중량비로 혼합될 수 있다.In addition, in the complexing step, the ceramic-based flame retardant surface-treated with a silane-based compound and the phosphorus-nitrogen-based flame retardant may be mixed in a weight ratio of 1:4 to 8.

또한, 상기 인-질소계 난연제는, 친수성 용매에 비스 고리형 인산염(bis-cyclic phosphate), 산화염화인(POCl3) 및 촉매를 첨가하여 반응시키는 제 1단계; 질소화합물을 첨가하고 반응시켜 비스형 난연제를 합성하는 제 2단계; 상기 제 2단계에서 합성된 비스형 난연제를 미립화하는 제 3단계; 및 상기 제 3단계에서 미립화된 비스형 난연제를 수용성 용매로 세척하는 제 4단계를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.In addition, the phosphorus-nitrogen-based flame retardant, a first step of reacting by adding a bis-cyclic phosphate (bis-cyclic phosphate), phosphorus oxide chloride (POCl 3 ) and a catalyst to a hydrophilic solvent; a second step of synthesizing a bis-type flame retardant by adding and reacting a nitrogen compound; a third step of atomizing the bis-type flame retardant synthesized in the second step; and a fourth step of washing the bis-type flame retardant atomized in the third step with a water-soluble solvent.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 친수성 용매에 비스 고리형 인산염(bis-cyclic phosphate), 산화염화인(POCl3) 및 촉매를 첨가하여 반응시키는 제 1단계; 질소화합물을 첨가하고 반응시켜 비스형 난연제를 합성하는 제 2단계; 실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 슬러리로 용매치환하여 복합화하는 제 3단계; 및 수용성 용매로 세척하는 제 4단계;를 포함하는, 복합 난연제의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a first step of reacting by adding bis-cyclic phosphate, phosphorus oxide chloride (POCl 3 ) and a catalyst to a hydrophilic solvent; a second step of synthesizing a bis-type flame retardant by adding and reacting a nitrogen compound; A third step of complexing by solvent replacement with a ceramic-based flame retardant slurry surface-treated with a silane-based compound; and a fourth step of washing with a water-soluble solvent; including, a method for producing a composite flame retardant is provided.

또한, 상기 제 3단계 및 상기 제 4단계 사이에 미립화하는 단계;가 더 수행될 수 있다.In addition, the step of atomizing between the third step and the fourth step; may be further performed.

또한, 상기 비스 고리형 인산염은 네오펜틸글리콜, 에틸부틸글리콜 또는 그의 혼합물일 수 있다.In addition, the bis-cyclic phosphate may be neopentyl glycol, ethylbutyl glycol, or a mixture thereof.

또한, 상기 촉매는 무수염화마그네슘(anhydride MgCl2) 또는 무수염화알루미늄(anhydride AlCl3)일 수 있다.In addition, the catalyst may be anhydrous magnesium chloride (anhydride MgCl 2 ) or anhydrous aluminum chloride (anhydride AlCl 3 ).

또한, 상기 제 1단계는 친수성 용매에 비스 고리형 인산염 및 촉매를 먼저 첨가하고 45 내지 55℃에서 교반하면서 산화염화인을 1 내지 2시간동안 적하하여 첨가한 후 70 내지 80℃로 승온하여 2 내지 4시간 동안 숙성시켜 수행될 수 있다.In addition, in the first step, biscyclic phosphate and a catalyst are first added to a hydrophilic solvent, and phosphorus oxide chloride is added dropwise for 1 to 2 hours while stirring at 45 to 55° C., and then the temperature is raised to 70 to 80° C. for 2 to 4 It can be carried out by aging for a period of time.

또한, 상기 촉매는 상기 비스 고리형 인산 1몰을 기준으로 0.05 내지 0.2몰의 함량으로 첨가될 수 있다.In addition, the catalyst may be added in an amount of 0.05 to 0.2 moles based on 1 mole of the biscyclic phosphoric acid.

또한, 상기 제 2단계는 20 내지 30℃에서 4 내지 6시간 동안 수행될 수 있다.In addition, the second step may be performed at 20 to 30 ℃ for 4 to 6 hours.

또한, 상기 제 3단계에서 실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 및 비스형 난연제는 1:4 내지 8의 중량비로 혼합될 수 있다.In addition, the ceramic-based flame retardant and the bis-type flame retardant surface-treated with the silane-based compound in the third step may be mixed in a weight ratio of 1:4 to 8.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, Zn계, Al계, Sn-Cu계, Mg계 및 Si계 세라믹으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 세라믹을 준비하는 제 1단계; 졸-겔법 또는 전기폭발법으로 입자 크기가 조절된 세라믹계 난연제를 합성하는 제 2단계; 및 실란계 화합물로 표면처리하는 제 3단계;를 포함하되, 상기 제 2단계에서 물, 과산화수소, 1,4-다이옥산(1,4-Dioxane), 에탄올, IPA, MEK 및 DMF로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 용매가 사용되고, 분산제가 첨가되는, 표면 처리된 세라믹계 난연제의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a first step of preparing a ceramic comprising at least one selected from the group consisting of Zn-based, Al-based, Sn-Cu-based, Mg-based and Si-based ceramics; a second step of synthesizing a ceramic flame retardant whose particle size is controlled by a sol-gel method or an electric explosion method; and a third step of surface treatment with a silane-based compound; including, in the second step, selected from the group consisting of water, hydrogen peroxide, 1,4-dioxane, ethanol, IPA, MEK and DMF A method for producing a surface-treated ceramic-based flame retardant is provided in which a solvent containing at least one is used and a dispersant is added.

또한, 상기 실란계 화합물은 비닐(vinyl), 에폭시(epoxy), 스타이릴(styryl), 메타크릴록시(methacryloxy), 아크릴록시(acryloxy), 아미노(amino), 우레이드(ureide), 머캅토(mercapto) 및 이소시아네이트(isocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함할 수 있다.In addition, the silane-based compound is vinyl (vinyl), epoxy (epoxy), styryl (styryl), methacryloxy (methacryloxy), acryloxy (acryloxy), amino (amino), ureide (ureide), mercapto ( mercapto) and may include at least one functional group selected from the group consisting of isocyanate.

본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 의하면, 아미드 인산계 난연제와 나노 세라믹계 난연제의 복합화를 통해 난연 메카니즘의 차르를 가속화하여 시너지 효과를 극대화시킴으로써, 난연성이 현저히 우수한 할로겐 프리 유-무기 복합 난연제를 제조할 수 있다.According to the manufacturing method according to an aspect of the present invention, by accelerating the char of the flame retardant mechanism through the complexing of the amide phosphoric acid-based flame retardant and the nano-ceramic-based flame retardant to maximize the synergistic effect, a halogen-free organic-inorganic composite flame retardant with remarkably excellent flame retardancy is prepared can be manufactured.

또한, 친환경적이고 간소화된 제조공정을 통해 높은 생산성으로 유-무기난연제를 제조할 수 있다.In addition, organic-inorganic flame retardants can be manufactured with high productivity through an eco-friendly and simplified manufacturing process.

또한, 유해성은 저감되면서 상용성, 난연성, 경제성 및 물성은 향상된 유-무기 난연제를 제조할 수 있다.In addition, it is possible to prepare an organic-inorganic flame retardant with improved compatibility, flame retardancy, economic feasibility and physical properties while reducing harmfulness.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 세라믹계 난연제의 표면처리 모식도를 도시한 것,
도 2는 일 실시예의 세라믹 난연제의 모식도를 도시한 것,
도 3은 합성된 인-질소계 난연제의 물성을 분석한 결과,
도 4는 합성된 인-질소계 난연제를 용매치환하여 입도 분포를 분석한 결과,
도 5는 합성된 인-질소계 난연제의 입도 분포를 분석한 결과,
도 6은 합성된 인-질소계 난연제의 1H-NMR 분석결과,
도 7은 합성된 인-질소계 난연제의 FT-IR 분석결과,
도 8은 합성된 인-질소계 난연제의 TGA 분석 결과,
도 9는 합성된 인-질소계 난연제의 HPLC 분석 결과,
도 10은 합성된 인-질소계 난연제를 섬유소재에 가공처리 후 난연성능을 확인한 결과,
도 11은 나노형 슬러리 제조시 분산제 투입 결과를 확인한 것,
도 12는 합성된 나노 세라믹 용해도 측정 결과,
도 13은 합성된 세라믹 난연제의 난연 시너지 효과를 확인한 것,
도 14 및 15는 표면처리제로 사용된 아미노 실란 및 표면처리된 Al 세라믹계 난연제의 FT-IR 분석 결과,
도 16 및 17은 합성된 Al 세라믹계 난연제의 SEM-EDS 분석 결과,
도 18은 합성된 Al 세라믹계 난연제의 SEM 분석 결과,
도 19는 합성된 세라믹계 난연제의 TEM 분석 결과,
도 20 및 21은 제조된 복합 난연제의 SEM 분석 결과,
도 22는 제조된 복합 난연제의 SEM-EDS 분석 결과,
도 23은 난연제 혼합 비율에 따른 복합 난연제에서의 시너지 효과를 확인한 것,
도 24는 제조된 복합 난연제 유해물질의 측정결과.
1 shows a schematic diagram of the surface treatment of a ceramic-based flame retardant according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 shows a schematic diagram of a ceramic flame retardant of one embodiment,
3 is a result of analyzing the physical properties of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant;
Figure 4 is a result of analyzing the particle size distribution by solvent replacement of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant,
5 is a result of analyzing the particle size distribution of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant;
6 is a 1 H-NMR analysis result of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant;
7 is a FT-IR analysis result of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant;
8 is a TGA analysis result of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant;
9 is an HPLC analysis result of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant;
10 is a result of confirming the flame retardant performance after processing the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant to the fiber material,
11 is a view confirming the result of dispersing agent input during the preparation of nano-type slurry;
12 is a result of measuring the solubility of the synthesized nano ceramic;
13 is to confirm the flame retardant synergistic effect of the synthesized ceramic flame retardant,
14 and 15 are FT-IR analysis results of amino silane used as a surface treatment agent and a surface-treated Al ceramic-based flame retardant;
16 and 17 are SEM-EDS analysis results of the synthesized Al ceramic-based flame retardant;
18 is a SEM analysis result of the synthesized Al ceramic-based flame retardant;
19 is a TEM analysis result of the synthesized ceramic-based flame retardant;
20 and 21 are SEM analysis results of the prepared composite flame retardant,
22 is a result of SEM-EDS analysis of the prepared composite flame retardant;
23 is to confirm the synergistic effect in the composite flame retardant according to the flame retardant mixing ratio,
24 is a measurement result of the manufactured composite flame retardant toxic substance.

본 발명은 아미드 인산계 난연제에 첨가되어 난연성 및 물성을 향상시킬 수 있는 세라믹계 난연제의 제조방법, 이에 의하여 제조되는 세라믹계 난연제, 아미드 인산계 난연제 및 세라믹계 난연제를 복합화하여 제조되는 복합 난연제의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 복합 난연제에 관한 것이다.The present invention provides a method for producing a ceramic flame retardant that can be added to an amide phosphoric acid flame retardant to improve flame retardancy and physical properties, and a composite flame retardant prepared by compounding the ceramic flame retardant, amide phosphoric acid flame retardant and ceramic flame retardant produced thereby It relates to a method and a composite flame retardant prepared thereby.

이하 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 세라믹계 난연제의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a ceramic-based flame retardant.

본 발명의 일 측면에 따른 세라믹계 난연제는 복합 난연제를 제조하기 위한 것으로, 아미드 인산계 난연제와 복합 처리되는 경우 난연성 및 물성을 향상시킬 수 있다. The ceramic-based flame retardant according to an aspect of the present invention is for manufacturing a composite flame retardant, and when compositely treated with an amide phosphoric acid flame retardant, flame retardancy and physical properties can be improved.

세라믹계 난연제를 제조하기 위한 세라믹은 최종 제조되는 난연제가 적용될 제품의 특성과 아미드 인산계 난연제와의 물성조화를 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, Zn계, Al계, Sn-Cu계, Mg계 및 Si계 세라믹으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 세라믹이 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 세라믹은 MgO, SiO2, Al(OH)3 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 인공피혁에 사용되는 우레탄수지와의 난연 시너지효과가 우수한 세라믹이 선정되는 것이 좋다.The ceramic for manufacturing the ceramic-based flame retardant may be selected in consideration of the properties of the product to which the final manufactured flame retardant will be applied and the physical properties harmonization with the amide phosphoric acid-based flame retardant. For example, a ceramic including at least one selected from the group consisting of Zn-based, Al-based, Sn-Cu-based, Mg-based and Si-based ceramics may be selected, but is not limited thereto. Preferably, the ceramic may include at least one selected from the group consisting of MgO, SiO 2 , Al(OH) 3 and ZnO. It is better to select a ceramic with excellent flame retardant synergy with the urethane resin used for artificial leather.

상기 세라믹은 입자크기가 조절된 슬러리 형태의 난연제로 합성되어 준비될 수 있다. 세라믹계 난연제의 합성은 졸-겔법 또는 전기폭발법을 이용하여 수행될 수 있으며, 이를 통해 제조되는 세라믹계 난연제 슬러리는 나노 사이즈의 입자크기를 가질 수 있다. 입자크기가 조절된 세라믹은 500nm 이하의 입자크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는, 100nm 이하의 입자크기를 갖는 것이 좋다. 전기폭발법을 이용하는 경우, 세라믹이 증발되어 응축되면서 새로운 형태로 응고될 수 있는데, 이러한 증발-응축 과정을 통해 세라믹 소재가 굵은 입자 형태에서 나노 사이즈 입자로 이루어진 미세 분말로 재구성될 수 있다. The ceramic may be prepared by synthesizing a flame retardant in the form of a slurry having a controlled particle size. The ceramic-based flame retardant may be synthesized using a sol-gel method or an electric explosion method, and the ceramic-based flame retardant slurry prepared through this may have a nano-sized particle size. The ceramics whose particle size is controlled may have a particle size of 500 nm or less, and preferably have a particle size of 100 nm or less. In the case of using the electric explosion method, the ceramic may be evaporated and condensed to solidify in a new form. Through this evaporation-condensation process, the ceramic material may be reconstituted from a coarse particle form to a fine powder composed of nano-sized particles.

전기폭발법으로 제조된 나노 세라믹 슬러리의 나노 입자는 큰 표면적에 의한 입자간 응집력으로 나노 입자가 가진 고유의 본래 기능 및 특성을 제대로 발휘할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 나노 사이즈를 제어하고 나노형 슬러리를 고농도로 제조하기 위하여 분산제를 적용하여 나노 입자의 분산성을 증가시키는 것이 좋다.Nanoparticles of nano-ceramic slurries prepared by the electro-explosion method may have a problem in that they cannot properly exhibit the intrinsic functions and properties of nanoparticles due to cohesion between particles due to their large surface area. Therefore, it is preferable to increase the dispersibility of the nanoparticles by applying a dispersing agent to control the nano size and to prepare a nano-type slurry at a high concentration.

세라믹계 난연제 합성시 사용되는 용매는 나노 입자간 응집력, 후술할 표면처리공정 및 친환경성을 고려하여 선택될 수 있다. 상세하게는, 전기폭발법으로 나노 세라믹 슬러리를 제조하는 경우, 용매 선택에 따라 나노 입자의 입자간 응집력이 달라질 수 있으므로, 응집력을 고려한 용매가 사용될 수 있다. 또한, 후술할 표면처리공정을 고려하면, 실란 커플링제의 가수분해가 이루어질 필요가 있는데, 용매는 그러한 용제를 녹일 수 있도록 물 또는 수산기를 가지는 용매가 선택될 수 있다. 또한, 반응종료 후 발생할 폐수를 고려하여, 친환경적인 용매가 선택되는 것이 바람직하다. The solvent used in synthesizing the ceramic-based flame retardant may be selected in consideration of cohesion between nanoparticles, a surface treatment process to be described later, and environmental friendliness. Specifically, in the case of preparing the nano-ceramic slurry by the electric explosion method, since the cohesive force between the nanoparticles may vary depending on the solvent selection, a solvent in consideration of the cohesive force may be used. In addition, in consideration of the surface treatment process to be described later, hydrolysis of the silane coupling agent needs to be performed, and water or a solvent having a hydroxyl group may be selected as the solvent to dissolve the solvent. In addition, it is preferable that an environmentally friendly solvent is selected in consideration of the wastewater to be generated after the completion of the reaction.

제조되는 나노 세라믹 슬러리는 후술할 아미드 인산계 난연제의 제조공정 중 용매치환 단계에서 첨가되어 복합 난연제를 형성하도록 할 수 있다. 제조되는 나노 세라믹 슬러리를 용매치환용으로 사용하기 위해서는 나노-졸(Nano-sol)의 용매치환 마지막 단계에 적용하여 사용되는 용매치환용 용매에 무기 나노-졸(Nano-sol)인 나노 세라믹이 분산되어 있어야 밀링, 세척, 용매치환이 용이할 수 있다. 따라서, 아미드 인산계 난연제와 나노 세라믹 슬러리의 복합화를 아미드 인산계 난연제의 용매치환 단계에서 수행하게 되는 경우에는, 이를 고려하여 용매가 선택될 수 있다. The prepared nano-ceramic slurry may be added in the solvent replacement step during the manufacturing process of the amide phosphoric acid-based flame retardant to be described later to form a composite flame retardant. In order to use the prepared nano-ceramic slurry for solvent replacement, the inorganic nano-sol nano-ceramic is dispersed in the solvent replacement solvent used in the last step of solvent replacement of the nano-sol. Milling, washing, and solvent replacement can be easy. Therefore, when the compounding of the amide phosphoric acid flame retardant and the nano ceramic slurry is performed in the solvent replacement step of the amide phosphoric acid flame retardant, the solvent may be selected in consideration of this.

상기 용매로는 물, 과산화수소(산화물 제조), 1,4-Dioxane, Ethanol, IPA, MEK 및 DMF로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 포함될 수 있으며, 이때, 용매치환되는 마지막 용매로는 물 또는 DMF가 사용될 수 있다. 상기 마지막 용매는 최종 제조되는 제품의 제형을 고려하여 선택될 수 있으며, 예를 들면 파우더 형태의 경우에는 물로 치환했을 때 고형화와 나노-복합화(Nano-composit)가 유리하며, 다른 예로 슬러리 형태로 인조피혁에 적용할 경우에는 DMF에 적용되는 것이 유리할 수 있다.The solvent may include at least one selected from the group consisting of water, hydrogen peroxide (oxide production), 1,4-Dioxane, Ethanol, IPA, MEK, and DMF. In this case, the last solvent to be substituted is water or DMF. can be used. The final solvent may be selected in consideration of the formulation of the final product. For example, in the case of a powder form, solidification and nano-composite are advantageous when substituted with water. When applied to leather, it may be advantageous to apply to DMF.

필요에 따라, 아미드 인산계 난연제와의 복합화를 위하여, 준비된 나노 세라믹계 난연제는 실란계 화합물로 표면처리될 수 있다.If necessary, for complexation with the amide phosphoric acid-based flame retardant, the prepared nano-ceramic-based flame retardant may be surface-treated with a silane-based compound.

세라믹계 난연제 표면은 -OH로 산화된 형태이며, 유기작용기(Organic functional groups)을 가지는 실란 화합물을 커플링제로 사용함으로써 세라믹 표면을 원하는 작용기를 가지는 실란으로 표면처리할 수 있다. 상기 실란 화합물은 아미드 인산계 난연제와 상용성이 우수한 것이 선택되는 것이 좋으며, 예를 들면, 비닐(vinyl), 에폭시(epoxy), 스타이릴(styryl), 메타크릴록시(methacryloxy), 아크릴록시(acryloxy), 아미노(amino), 우레이드(ureide), 머캅토(mercapto) 및 이소시아네이트(isocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실란 화합물은 아미노 실란계 화합물이 선택되는 것이 좋다.The surface of the ceramic-based flame retardant is oxidized with -OH, and by using a silane compound having organic functional groups as a coupling agent, the ceramic surface can be surface-treated with silane having a desired functional group. The silane compound is preferably selected to have excellent compatibility with the amide phosphoric acid flame retardant, for example, vinyl (vinyl), epoxy (epoxy), styryl (styryl), methacryloxy (methacryloxy), acryloxy (acryloxy) ), amino (amino), ureide (ureide), mercapto (mercapto) and may include at least one functional group selected from the group consisting of isocyanate (isocyanate), but is not limited thereto. The silane compound is preferably an amino silane compound.

실란 커플링제는 세라믹에 처리되기 전 가수분해될 수 있다. 상기 가수분해는 물 또는 수산기를 가지는 용매를 이용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는, 안정성을 위하여 알코올이나 에탄올이 사용되는 것이 좋다. 가수분해 시간은 1시간 이상인 것이 좋으며, 바람직하게는, 1 내지 3시간일 수 있다.The silane coupling agent may be hydrolyzed prior to being treated with the ceramic. The hydrolysis may be performed using water or a solvent having a hydroxyl group, and preferably, alcohol or ethanol is used for stability. The hydrolysis time is preferably 1 hour or more, and preferably, may be 1 to 3 hours.

실란 커플링제의 수용액은 가수분해된 상태로는 매우 불안정하여 가사시간이 존재하는데, 가사시간 이후에는 가수분해된 실란 커플링제가 축합되어 올리고머 상태로 변하게 된다. 유기 관능기에 따라 이 가사시간은 달라질 수 있으며, 예를 들면, 아미노 실란은 30일 정도일 수 있다. The aqueous solution of the silane coupling agent is very unstable in a hydrolyzed state and has a pot life. After the pot life, the hydrolyzed silane coupling agent is condensed and changed to an oligomeric state. Depending on the organic functional groups, this pot life may vary, for example amino silanes may be as high as 30 days.

상기 표면처리는 건식법 또는 습식법으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 공정 효율을 향상시키기 위하여 습식법으로 수행되는 것이 좋다. 상기 건식법은 파우더에 가수분해시킨 실란 커플링제를 적하 또는 스프레이하여 수행될 수 있다. 상기 습식법은 파우더를 가수분해시킨 실란 커플링제에 침지하여 필터링 후 건조시켜 수행될 수 있다. 실란 수용액의 농도는 표면처리 방법에 따라 조절될 수 있으며, 예를 들면, 건식법을 적용하는 경우에는 실란 20-50wt% 수용액이, 습식법을 적용하는 경우에는 실란 0.5-2wt% 수용액이 사용될 수 있다. 건식법 및 습식법 모두 파우더(필러) 양 대비 0.5-1wt% 첨가하여 표면처리가 수행될 수 있다. 가수분해된 실란 커플링제가 산화된 무기물에 표면처리되기 위해서 열을 주어 물을 제거하는 축합 공정이 수행될 수 있다. 아미드 인산계/무기계 복합화를 위한 세라믹계 난연제의 표면처리 모식도를 도 1에 도시하고, 난연 작용기가 적용된 100nm 이하 입자 사이즈의 세라믹 난연제의 모식도를 도 2에 도시하였다.The surface treatment may be performed by a dry method or a wet method. Preferably, it is preferably carried out by a wet method in order to improve process efficiency. The dry method may be performed by dropping or spraying a hydrolyzed silane coupling agent to the powder. The wet method may be performed by immersing the powder in a hydrolyzed silane coupling agent, filtering, and drying the powder. The concentration of the silane aqueous solution may be adjusted according to the surface treatment method, for example, when a dry method is applied, a 20-50 wt% aqueous solution of silane, and when a wet method is applied, a 0.5-2 wt% aqueous solution of silane may be used. Surface treatment may be performed by adding 0.5-1wt% of powder (filler) to both the dry method and the wet method. In order to surface-treat the hydrolyzed silane coupling agent to the oxidized inorganic material, a condensation process in which water is removed by applying heat may be performed. A schematic diagram of the surface treatment of a ceramic flame retardant for amide phosphoric acid/inorganic composite is shown in FIG. 1 , and a schematic diagram of a ceramic flame retardant having a particle size of 100 nm or less to which a flame retardant functional group is applied is shown in FIG. 2 .

본 발명의 다른 측면에 따르면, 아미드 인산계 난연제 및 세라믹계 난연제를 복합화하여 제조되는 복합 난연제의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a composite flame retardant prepared by compounding an amide phosphoric acid flame retardant and a ceramic flame retardant.

상기 아미드 인산계 난연제는 비스 고리형 인산염(bis-cyclic phosphate) 및 염화인을 1차 에스테르화 반응시키는 단계; 상기 에스테르화 반응으로 합성된 생성물에 질소 화합물을 첨가하여 2차 아민화 반응시켜 비스형 난연제를 합성하는 단계; 및 수용성 용매로 세척하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 인-질소계 난연제일 수 있다. The amide phosphoric acid-based flame retardant is a bis-cyclic phosphate (bis-cyclic phosphate) and a primary esterification reaction of phosphorus chloride; synthesizing a bis-type flame retardant by adding a nitrogen compound to the product synthesized by the esterification reaction and performing a secondary amination reaction; And it may be a phosphorus-nitrogen-based flame retardant prepared by a manufacturing method comprising the step of washing with a water-soluble solvent.

본 발명의 일 측면에 따른 인-질소계 난연제의 제조방법은 비스 고리형 인산염 및 염화인에 촉매를 가해 1차 반응시키는 단계(S1)를 포함할 수 있다.The phosphorus-nitrogen-based flame retardant manufacturing method according to an aspect of the present invention may include a step (S1) of primary reaction by adding a catalyst to the biscyclic phosphate and phosphorus chloride.

상기 비스 고리형 인산염은 글리콜계 화합물이 선택되어 이용될 수 있다. 선형 글리콜 및 트리올 타입 글리콜을 이용하는 경우 최종 생성물로 사용할 수 없는 저융점 화합물을 생성하는 문제가 발생할 수 있으므로, 융점이 높은 화합물을 생성하기 위하여 환 형태의 1차 인산에스테르 화합물을 생성할 수 있는 브랜치(branch) 타입, 상세하게는 브랜치드 디올(branched diol) 타입의 글리콜 화합물이 선택되는 것이 좋다. 바람직하게는, 상기 비스 고리형 인산염으로 네오펜틸글리콜, 에틸부틸글리콜 또는 그의 혼합물이 선택되는 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 알콜계, 케톤계, 에스테르계 및 친수성 용매와 같은 다양한 용매에 대하여 우수한 용해성을 가져 활용성이 우수하고 반응제어가 용이한 네오펜틸글리콜이 선택되는 것이 좋다. 구조상 대칭구조를 이루지 않는 화합물, 예를 들면 에틸부틸펜탄디올을 이용하는 경우에는 반응이 일어나지 않거나 반응제어가 어려운 문제가 발생할 수 있다. 또한 에스테르 화합물을 이용하는 경우에는 인의 함량을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.As the biscyclic phosphate, a glycol-based compound may be selected and used. A branch capable of producing a cyclic primary phosphate ester compound in order to produce a compound with a high melting point because a problem of generating a low-melting-point compound that cannot be used as a final product may occur when linear glycol and triol-type glycol are used (Branch) type, in particular, branched diol (branched diol) type glycol compound is preferably selected. Preferably, neopentyl glycol, ethylbutyl glycol, or a mixture thereof is selected as the bis-cyclic phosphate salt. More preferably, neopentyl glycol having excellent solubility in various solvents such as alcohol-based, ketone-based, ester-based and hydrophilic solvents, excellent usability, and easy reaction control is selected. In the case of using a compound that does not form a structurally symmetric structure, for example, ethylbutylpentanediol, there may be problems in that the reaction does not occur or it is difficult to control the reaction. In addition, when an ester compound is used, a problem of reducing the phosphorus content may occur.

상기 염화인은 안정적인 상온 반응이 가능한 화합물이 선택되어 이용되는 것이 좋다. 바람직하게는, 비점이 105.8℃로 높은 산화염화인(POCl3)이 선택되는 것이 좋다.The phosphorus chloride is preferably a compound capable of a stable room temperature reaction is selected and used. Preferably, phosphorus oxide chloride (POCl 3 ) having a high boiling point of 105.8° C. is preferably selected.

상기 촉매는 반응시간을 저감시키고 수율을 향상시키기 위하여 첨가될 수 ㅇ있다. 상기 촉매로는 염화금속 무수물, 트리에탄올아민(triethanolamine), EDA(ethylenediamine), 피리딘(pyride), 피페라진(piperazine) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 1차 반응에서의 생성물 수율 향상성이 우수한 염화금속 무수물이 선택되는 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 염화알루미늄 무수물(AlCl3 anhydride) 또는 염화마그네슘 무수물(MgCl2 anhydride)이 선택되는 것이 좋다.The catalyst may be added to reduce the reaction time and improve the yield. As the catalyst, at least one selected from the group consisting of metal chloride anhydride, triethanolamine, EDA (ethylenediamine), pyridine, piperazine, and platinum (Pt) may be selected, but is limited thereto it is not Preferably, a metal chloride anhydride having excellent product yield improvement in the first reaction is selected. More preferably, aluminum chloride anhydride (AlCl 3 anhydride) or magnesium chloride anhydride (MgCl 2 anhydride) is selected.

본 단계(S1)는 1차 인산 에스테르 화합물을 생성하기 위하여 수행되며, 친수성 용매에 상기 비스 고리형 인산염, 상기 염화인 및 상기 촉매를 첨가하여 에스테르화 반응시켜 수행될 수 있다. 상세하게는, 친수성 용매에 상기 비스 고리형 인산염 및 상기 촉매를 먼저 첨가하고 용해시키는 단계; 교반하며 상기 염화인을 적하하여 첨가하는 단계; 및 승온하여 숙성시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. 친수성 용매에 상기 비스 고리형 인산염 및 상기 촉매를 먼저 첨가하고 용해시키는 단계는 용액이 완전히 투명해질 때까지 용해시켜 수행될 수 있으며, 50 내지 70℃에서 수행될 수 있다. 상기 적하는 45내지 55℃에서 교반하며 2시간 이내, 바람직하게는 1 내지 2시간 동안 이루어지도록 수행되는 것이 좋다. 상기와 같이 반응물을 첨가하여 수행함으로써 반응을 최적화하여 부반응을 저감시키며 1차 반응수율을 향상시킬 수 있다. 상기 승온하여 숙성시키는 단계는 70 내지 80℃로 승온하여 2 내지 4시간 동안 수행되는 것이 좋다. 상기 비스 고리형 인산염 및 상기 염화인은 1:0.8 내지 1.2, 바람직하게는 1:1의 몰비(mole ratio)로 사용될 수 있다. 상기 비스 고리형 인산염 및 상기 촉매는 1:0.05 내지 0.2의 몰비로 사용될 수 있다. 본 단계(S1)에서 수행되는 바람직한 화학반응의 일 실시예를 하기 반응식 1에 나타냈다.This step (S1) is performed to produce a primary phosphoric acid ester compound, and may be performed by adding the biscyclic phosphate salt, the phosphorus chloride, and the catalyst to a hydrophilic solvent for an esterification reaction. Specifically, the step of first adding and dissolving the bis-cyclic phosphate and the catalyst in a hydrophilic solvent; adding the phosphorus chloride dropwise while stirring; And it may be carried out including the step of aging by raising the temperature. The step of first adding and dissolving the biscyclic phosphate salt and the catalyst in a hydrophilic solvent may be performed by dissolving the solution until completely transparent, and may be performed at 50 to 70°C. The dropping is preferably performed within 2 hours with stirring at 45 to 55° C., preferably for 1 to 2 hours. By adding reactants as described above, the reaction can be optimized to reduce side reactions and improve the primary reaction yield. The aging by raising the temperature is preferably performed for 2 to 4 hours by raising the temperature to 70 to 80 ℃. The biscyclic phosphate and the phosphorus chloride may be used in a molar ratio of 1:0.8 to 1.2, preferably 1:1. The biscyclic phosphate salt and the catalyst may be used in a molar ratio of 1:0.05 to 0.2. An example of a preferred chemical reaction carried out in this step (S1) is shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019054984060-pat00001
Figure 112019054984060-pat00001

상기 친수성 용매는 상기 비스 고리형 인산염의 물성, 환류 용이성, 반응 수율 및 제조되는 난연제의 적용대상을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 1,4-다이옥산(1,4-dioxane), THF, MEK, DMF, 아세톤 및 IPA로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 반응시 용매 환류가 용이하도록 비점을 고려하여 저비점 용매가 아닌 1,4-다이옥산 또는 DMF가 사용되는 것이 좋다.The hydrophilic solvent may be selected in consideration of the physical properties of the bis-cyclic phosphate, ease of reflux, reaction yield, and the target of application of the prepared flame retardant. For example, at least one selected from the group consisting of 1,4-dioxane, THF, MEK, DMF, acetone, and IPA may be used. Preferably, 1,4-dioxane or DMF, not a low-boiling solvent, is preferably used in consideration of the boiling point to facilitate solvent reflux during the reaction.

본 발명의 일 측면에 따른 인-질소계 난연제의 제조방법은 상기 1차 반응을 통해 합성된 생성물에 질소화합물을 첨가하여 2차 반응시키는 단계(S2)를 포함할 수 있다.The phosphorus-nitrogen-based flame retardant manufacturing method according to an aspect of the present invention may include a step (S2) of adding a nitrogen compound to the product synthesized through the first reaction to perform a secondary reaction.

상기 질소화합물은 합성되는 난연제에 질소 성분을 제공하기 위하여 첨가될 수 있다. 상기 질소화합물은 1차 인산에스테르 화합물을 연결(bridging)하는 구조로, 단가 및 난연성을 고려하여 선택되는 것이 좋다. 예를 들면, 에틸렌디아민 또는 피페라진이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 질소를 함유하는 디아민 중 이상적인 대칭구조를 갖는 에틸렌디아민이 사용되는 것이 좋다.The nitrogen compound may be added to provide a nitrogen component to the synthesized flame retardant. The nitrogen compound has a structure for bridging the primary phosphate ester compound, and is preferably selected in consideration of unit cost and flame retardancy. For example, ethylenediamine or piperazine may be used, but is not limited thereto. Preferably, ethylenediamine having an ideal symmetric structure among diamines containing nitrogen is used.

본 단계(S2)는 전단계인 1차 반응에서 합성된 반응생성물을 디아민으로 연결하는 아민반응으로 인산아미드계 난연 화합물을 합성하기 위하여 수행될 수 있다. 상기 1차 반응에서 합성된 반응생성물에 상기 질소화합물을 첨가하고 반응시켜 비스형 난연제가 합성된다. 상기 질소화합물은 전단계에서 반응시키는 반응물과 생성되는 반응생성물의 몰수를 고려하여 투입량을 조절할 수 있으며, 바람직하게는 전단계에서 반응시키는 비스 고리형 인산염을 기준으로 1:0.8 내지 1.2, 바람직하게는 1:1의 몰비(mole ratio)로 사용될 수 있다. 본 단계(S2)는 20 내지 30℃에서 4 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 본 단계(S2)에서 수행되는 바람직한 화학반응의 일 실시예를 하기 반응식 2에 나타냈다.This step (S2) may be performed in order to synthesize a phosphoric acid amide-based flame retardant compound through an amine reaction in which the reaction product synthesized in the first reaction, which is the previous step, is connected with diamine. A bis-type flame retardant is synthesized by adding and reacting the nitrogen compound to the reaction product synthesized in the first reaction. The amount of the nitrogen compound can be adjusted in consideration of the number of moles of the reactant reacted in the previous step and the reaction product produced, preferably 1:0.8 to 1.2, preferably 1: based on the biscyclic phosphate reacted in the previous step. A molar ratio of 1 may be used. This step (S2) may be performed at 20 to 30 ℃ for 4 to 6 hours. An example of a preferred chemical reaction carried out in this step (S2) is shown in Scheme 2 below.

[반응식 2][Scheme 2]

Figure 112019054984060-pat00002
Figure 112019054984060-pat00002

상기 1차반응 및 2차반응시 생성되는 염산(HCl) 가스는 질소(N2) 가스, 수산화칼륨(KOH) 및 수산화나트륨(NaOH)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 이용하여 포집함으로써 제거될 수 있다. 예를 들면, 반응 내내 산세척병을 이용하여 수산화나트륨을 계속 첨가하여 중화가 수행될 수 있다.Hydrochloric acid (HCl) gas generated during the first reaction and the second reaction is to be removed by collecting it using at least one selected from the group consisting of nitrogen (N 2 ) gas, potassium hydroxide (KOH) and sodium hydroxide (NaOH). can For example, neutralization can be performed by continuously adding sodium hydroxide using a pickling bottle throughout the reaction.

필요에 따라, 본 발명의 일 측면에 따른 인-질소계 난연제의 제조방법은 상기 1차 및 2차 반응을 통해 합성된 난연제에 물 또는 DMF(N,Ndimethylformamide)로 용매치환하는 단계(S3)를 더 포함할 수 있다.If necessary, the phosphorus-nitrogen-based flame retardant manufacturing method according to an aspect of the present invention comprises a step (S3) of solvent replacing the flame retardant synthesized through the primary and secondary reactions with water or DMF (N,Ndimethylformamide) may include more.

본 단계(S3)는 제조 공정단계수를 저감시킴으로써 경제성이 저하되는 종래 난연제 슬러리 고형화 방법을 개선하고 제조되는 난연제의 입도를 조절하기 위하여 수행될 수 있다. 세척, 미립화, 유해성 및 위험성을 낮추는 방향으로 진행되는 용매치환법을 이용하여 난연제 슬러리를 고형화함으로써 난연제 제조시 안정성 및 경제성을 향상시킬 수 있다. 용매치환법을 적용하는 경우의 난연제 고형화 방법은 정제 및 미립화를 먼저 수행 후 최종적으로 스프레이 드라이 등을 이용하여 고형화가 수행될 수 있다.This step (S3) may be performed to improve the conventional flame retardant slurry solidification method, which is economical by reducing the number of manufacturing process steps, and to adjust the particle size of the manufactured flame retardant. By solidifying the flame retardant slurry by using a solvent replacement method that proceeds in the direction of washing, atomization, and reducing harmfulness and risk, stability and economic feasibility can be improved during flame retardant manufacturing. In the case of applying the solvent replacement method, the solidification method of the flame retardant may be performed by first performing purification and atomization, and then finally solidification using spray drying or the like.

본 단계(S3)는 상기 1차 및 2차 반응을 통해 합성된 난연제 슬러리를 농축기로 농축하여 농축된 난연제 슬러리를 제조하여 준비하고, 물 또는 DMF 용매에 마이셀 보조제를 첨가하여 제조된 혼합액에 상기 농축된 난연제 슬러리를 분산시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 혼합액에 첨가되는 마이셀 보조제는 분산제 또는 계면활성제일 수 있다. 상기 혼합액의 제조시 마이셀 보조제는 1 내지 3%(w/w)로 사용되는 것이 좋다. 상기 농축된 난연제 슬러리는 30 내지 60%(w/w) 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 농축된 난연제 슬러리는 상온까지 서서히 냉각시킨 후 사용되는 것이 좋다. 상기 상온은 통상적인 의미의 15 내지 25℃이다.This step (S3) is prepared by preparing a concentrated flame retardant slurry by concentrating the flame retardant slurry synthesized through the first and second reactions with a concentrator, and adding a micelle auxiliary to water or DMF solvent to the concentrated solution It can be carried out by dispersing the used flame retardant slurry. The micelle adjuvant added to the mixed solution may be a dispersant or a surfactant. When preparing the mixed solution, it is preferable to use 1 to 3% (w/w) of the micellar adjuvant. The concentrated flame retardant slurry may be 30 to 60% (w/w), but is not limited thereto. The concentrated flame retardant slurry is preferably used after slowly cooling to room temperature. The room temperature is 15 to 25 ℃ in a conventional sense.

본 발명의 일 측면에 따른 인-질소계 난연제의 제조방법은 상기 1차 및 2차 반응을 통해 합성된 난연제를 미립화하는 단계(S4)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 인-질소계 난연제의 제조방법이 용매치환하는 단계를 포함하는 경우, 본 단계(S4)는 상기 용매치환하는 단계가 수행된 후 수행될 수 있다.The phosphorus-nitrogen-based flame retardant manufacturing method according to an aspect of the present invention may further include atomizing the flame retardant synthesized through the primary and secondary reactions (S4). When the phosphorus-nitrogen-based flame retardant manufacturing method according to an aspect of the present invention includes the step of solvent replacement, this step (S4) may be performed after the solvent replacement step is performed.

본 단계(S4)는 제조되는 난연제의 입도를 조절하여 나노화하기 위하여 수행되며, 제조비용을 저감하고 공정을 간소화하기 위하여 습식밀링 방법으로 수행되는 것이 좋다. 상기 습식밀링은 공지된 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들면, 볼밀을 이용하여 난연제 슬러리의 미립화가 수행될 수 있다.This step (S4) is performed in order to nanosize by controlling the particle size of the flame retardant to be manufactured, and is preferably performed by a wet milling method in order to reduce manufacturing cost and simplify the process. The wet milling may be performed by a known method, for example, atomization of the flame retardant slurry may be performed using a ball mill.

본 발명의 일 측면에 따른 인-질소계 난연제의 제조방법은 상기 1차 및 2차 반응을 통해 합성된 난연제를 수용성 용매로 세척하는 단계(S5)를 포함한다. 본 발명의 일 측면에 따른 인-질소계 난연제의 제조바업이 미립화하는 단계를 포함하는 경우, 본 단계(S5)는 상기 미립화하는 단계가 수행된 후 수행될 수 있다.The phosphorus-nitrogen-based flame retardant manufacturing method according to an aspect of the present invention includes washing (S5) the flame retardant synthesized through the primary and secondary reactions with a water-soluble solvent. When the phosphorus-nitrogen-based flame retardant manufacturing process according to an aspect of the present invention includes the step of atomizing, this step (S5) may be performed after the atomizing step is performed.

본 단계(S5)는 잔류 염소(Cl)를 제거하기 위하여 수행될 수 있다. 난연제 슬러리에 수용성 용매를 가하고 분산 세척시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 분산 세척은 잔류 염소 제거율 및 공정생산성을 고려하여 횟수가 조절되어 수행될 수 있으며, 3 내지 5회 수행되는 것이 좋다.This step (S5) may be performed to remove residual chlorine (Cl). It can be carried out by adding a water-soluble solvent to the flame retardant slurry and dispersion washing. The dispersion washing may be performed by adjusting the number of times in consideration of the residual chlorine removal rate and process productivity, and is preferably performed 3 to 5 times.

필요에 따라, 세척된 난연제 슬러리의 고형화를 수행할 수 있다. 상기 고형화는 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들면 스프레이드라이, 상압건조 또는 감압건조를 통해 수행될 수 있다. 바람직하게는 스프레이드라이로 수행되는 것이 좋다.If necessary, solidification of the washed flame retardant slurry may be performed. The solidification may be performed using a known method, for example, spray drying, atmospheric drying, or reduced pressure drying may be performed. It is preferably carried out by spray drying.

본 발명의 일 측면에 따른 제조방법은 난연제 합성을 위한 반응시간을 단축시키고, 합성된 난연제 슬러리를 1㎛ 이하의 입도를 갖도록 분쇄한 후 수용성 용매로 세척함으로써 잔류 염소 농도를 50ppm 이하로 제거할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법으로 제조되는 인-질소계 난연제는 비스형(bis) 화합물로 P 17% 이상, N 13% 이상 포함하며, 하기 화학식 1의 N-P복합 구조를 가질 수 있다.The manufacturing method according to one aspect of the present invention shortens the reaction time for synthesizing the flame retardant, and after pulverizing the synthesized flame retardant slurry to have a particle size of 1 μm or less, it is possible to remove the residual chlorine concentration to 50 ppm or less by washing with an aqueous solvent. there is. The phosphorus-nitrogen-based flame retardant prepared by the manufacturing method according to an aspect of the present invention is a bis-type compound and includes 17% or more of P and 13% or more of N, and may have an N-P complex structure of Formula 1 below.

Figure 112019054984060-pat00003
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상기 화학식 1의 난연제는 인-질소계 난연제의 가장 우수한 열분해에 의한 발포층(intumescent)을 형성하여 소량 사용으로 난연성을 부여하는 것이 가능한 구조이다. 발포층(intumescent)을 형성하기 위해서는 Carbon source, 폴리인산, 발포제가 한 몸체에 있는 것이 가장 유리한데, 앞서 언급한 것처럼 인-질소계 난연제가 열분해하여 네오펜틸글리콜(Neopentyl glycol)은 탄소원(Carbon source) 역할, PO2 폴리인산(축합반응), N 발포제 역할을 수행하게 되어 있는 구조이다. 또한, 인-질소계 난연제 구조에서 보면, 다가알콜 2, N 2, PO2 4.2 구조로 발포층(intumescent)을 구성하기 위한 이상적인 구조에 매우 근접한 수준인 것을 확인할 수 있다.The flame retardant of Formula 1 has a structure capable of imparting flame retardancy with a small amount of use by forming an intumescent layer by thermal decomposition, which is the best of the phosphorus-nitrogen-based flame retardant. In order to form an intumescent layer, it is most advantageous to have a carbon source, polyphosphoric acid, and a foaming agent in one body. As mentioned above, the phosphorus-nitrogen flame retardant is thermally decomposed and neopentyl glycol is converted into a carbon source. ), PO 2 polyphosphoric acid (condensation reaction), and N foaming agent. In addition, from the phosphorus-nitrogen-based flame retardant structure, it can be confirmed that the polyhydric alcohol 2, N 2, PO2 4.2 structure is at a level very close to the ideal structure for forming an intumescent layer.

본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 따라 제조된 비스형 난연제는 300 내지 500nm의 평균입도를 가지며, 염소가 제거된 할로겐 프리 타입의 난연제로 우수한 난연성을 갖는다. 잔류 염소 농도 50ppm 이하이므로 우레탄 반응성에 영향을 미치지 않고 전자부품에 적용하여도 염소로 인한 부식문제를 발생시키지 않으므로, 반응형 우레탄 수지 및 전자 부품에도 적용될 수 있다.The bis-type flame retardant prepared according to the manufacturing method according to an aspect of the present invention has an average particle size of 300 to 500 nm, and is a halogen-free flame retardant from which chlorine has been removed and has excellent flame retardancy. Since the residual chlorine concentration is less than 50 ppm, it does not affect urethane reactivity and does not cause corrosion problems due to chlorine even when applied to electronic parts, so it can be applied to reactive urethane resins and electronic parts.

상기 세라믹계 난연제는 전술한 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법으로 제조되는 세라믹계 난연제일 수 있다. 상기 세라믹계 난연제는 실란 화합물로 표면처리된 것일 수 있다.The ceramic-based flame retardant may be a ceramic-based flame retardant prepared by the manufacturing method according to an aspect of the present invention described above. The ceramic-based flame retardant may be surface-treated with a silane compound.

상기 아미드 인산계 난연제 및 상기 세라믹계 난연제를 복합화하여 나노복합물(nano-composit) 형태의 유-무기 복합 난연제가 제조될 수 있다. 상기 복합화는 상기 아미드 인산계 난연제 및 상기 세라믹계 난연제를 각각 제조한 후 이들을 단순 혼합하여 수행될 수 있다. 또는, 상기 아미드 인산계 난연제를 제조하는 공정 중 용매치환을 수행하는 단계에서, 상기 세라믹계 난연제를 포함하는 용매를 이용하여 용매치환을 수행함으로써 수행될 수도 있다. An organic-inorganic composite flame retardant in the form of a nano-composite may be manufactured by complexing the amide phosphoric acid flame retardant and the ceramic flame retardant. The compounding may be performed by simply mixing the amide phosphoric acid-based flame retardant and the ceramic-based flame retardant, respectively, and then simply mixing them. Alternatively, in the step of performing solvent replacement during the process of preparing the amide phosphoric acid flame retardant, solvent replacement may be performed using a solvent including the ceramic flame retardant.

복합화를 위하여, 상기 세라믹계 난연제 및 상기 아미드 인산계 난연제는 1:2 내지 10, 바람직하게는 1:4 내지 8의 중량비로 혼합될 수 있다. 각 난연제의 첨가 함량이 전술한 범위에 속하는 경우, 제조되는 복합 난연제의 난연성 및, 그가 적용된 제품의 난연성 및 물성이 극대화될 수 있다.For compounding, the ceramic flame retardant and the amide phosphoric acid flame retardant may be mixed in a weight ratio of 1:2 to 10, preferably 1:4 to 8. When the content of each flame retardant is added within the above range, the flame retardancy of the composite flame retardant to be manufactured and the flame retardancy and physical properties of the product to which it is applied can be maximized.

상기 세라믹계 난연제의 실란 표면처리는 상기 아미드 인산계 난연제와 혼합되기 전 또는 후에 이루어질 수 있다. 실란 커플링제는 유기물에 내첨하거나 무기물에 직접 표면처리하거나 또는 양자를 모두 적용하여 처리될 수 있으며, 내첨하는 경우에는 생산성이 우수하고, 표면처리하는 경우에는 제조되는 난연제의 난연성 및 물성을 보다 우수하게 향상시킬 수 있어 표면처리로 인한 효과를 극대화시킬 수 있다. 상기 표면처리는 본 발명의 일 측면에 따른 세라믹계 난연제의 제조방법에서 전술한 방법으로 수행될 수 있다. 아미드 인산계 난연제와 이온결합할 수 있는 아미노 실란 커플링제를 이용하는 경우, 가수분해 속도가 빠르며 산화된 무기물 표면에 있는 -OH기와 수소결합하는 속도도 빨라 생산시간을 단축시킬 수 있다. 아미노 실란 커플링제의 적정 수용액 pH는 9 내지 11, 보다 바람직하게는 10이며, 이 pH에서 모노머 상태로 유지될 수 있다. 유기 관능기에 따라 적정 수용액 pH는 달라질 수 있다.The silane surface treatment of the ceramic flame retardant may be performed before or after mixing with the amide phosphoric acid flame retardant. The silane coupling agent can be treated by internally adding to an organic material or directly surface-treating an inorganic material, or by applying both, and when internally added, the productivity is excellent, and when surface-treated, the flame retardant and physical properties of the manufactured flame retardant are better It can be improved so that the effect of surface treatment can be maximized. The surface treatment may be performed by the method described above in the method for manufacturing a ceramic-based flame retardant according to an aspect of the present invention. When an amino silane coupling agent capable of ion bonding with an amide phosphoric acid flame retardant is used, the hydrolysis rate is fast and the hydrogen bonding rate with -OH groups on the surface of the oxidized inorganic material is also fast, so that the production time can be shortened. The pH of a suitable aqueous solution of the amino silane coupling agent is 9 to 11, more preferably 10, and at this pH, it can be maintained in a monomeric state. The pH of the appropriate aqueous solution may vary depending on the organic functional group.

제조공정상의 생산성 및 친환경성을 증대시키기 위한 측면에서, 상기 복합화는 상기 아미드 인산계 난연제를 제조하는 공정 중 용매치환법을 이용하여 슬러리화하는 단계에서 상기 세라믹계 난연제가 포함된 용매를 적용하여 수행되는 것이 좋다. 이 때, 복합 난연제를 제조하는 바람직한 일 실시예를 설명하면, 실란 커플링제는 먼저 세라믹계 난연제 슬러리에 혼합되어 습식법으로 표면처리된 후, 상기 아미드 인산계 난연제 슬러리에 내첨되어 생산성을 증대시키며, 이후에 열을 가하며 고형화를 수행함으로써 아미드 인산계/무기계 복합 난연제가 수득될 수 있다. 최적의 용매 및 공정이 접목된 용매치환 단계와, 이후 수행되는 미립화 단계에서의 볼밀공정을 통해 입자의 나노화가 수행될 수 있으며, 이를 통해 본연의 무기물 특성이 아닌 촉매로서 기능하는 성향을 향상시키고 난연성 및 아미드 인산계 난연제와의 시너지 효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 최종 제조되는 복합 난연제의 적용 분야 다양성을 확보할 수 있다. 제조되는 복합 난연제의 입자크기는 500nm 이하일 수 있다.In terms of increasing productivity and eco-friendliness in the manufacturing process, the compounding is performed by applying a solvent containing the ceramic flame retardant in the step of slurrying using a solvent replacement method in the process of preparing the amide phosphoric acid flame retardant. it's good to be At this time, when describing a preferred embodiment of manufacturing the composite flame retardant, the silane coupling agent is first mixed with the ceramic-based flame retardant slurry and surface-treated by a wet method, and then is internally added to the amide phosphoric acid-based flame retardant slurry to increase productivity, and then An amide phosphoric acid-based/inorganic composite flame retardant can be obtained by applying heat to and performing solidification. Nanoparticles can be nanosized through the solvent replacement step in which the optimum solvent and process are grafted, and the ball mill process in the subsequent atomization step, which improves the tendency to function as a catalyst rather than the intrinsic inorganic properties and flame retardancy. And it can increase the synergistic effect with the amide phosphoric acid-based flame retardant. In addition, it is possible to secure the diversity of application fields of the composite flame retardant to be finally manufactured. The particle size of the composite flame retardant to be prepared may be 500 nm or less.

아미드 인산계 난연제의 용매치환용 용매를 사용하여 세라믹계 난연제를 합성한 뒤, 아미드 인산계 난연제 표면에 나노화된 세라믹계 난연제를 화합시켜 복합화된 복합형 난연제가 수득될 수 있다. 용매치환을 통한 복합화가 수행되는 경우, 사용하는 용매량을 저감시킬 수 있으므로 전체적인 생산비용을 저감시키고 환경문제를 완화시킬 수 있다. 또한, 용매치환법은 loss가 거의 없고 분진발생이 없으며 용매를 재활용하기에 친환경적인 공법이므로, 용매치환법을 적용하는 경우 공정의 친환경성이 향상될 수 있다.After synthesizing the ceramic flame retardant using a solvent for solvent replacement of the amide phosphoric acid flame retardant, the nano-sized ceramic flame retardant is compounded on the surface of the amide phosphoric acid flame retardant to obtain a composite composite flame retardant. When compounding is performed through solvent replacement, the amount of solvent used can be reduced, thereby reducing overall production cost and alleviating environmental problems. In addition, since the solvent replacement method has little loss, no dust generation, and an environment-friendly method for recycling the solvent, the environmental friendliness of the process can be improved when the solvent replacement method is applied.

본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 따라 제조되는 난연제는 건조분말 형태로 제품에 적용되거나 또는 건조시키지 않고 용매에 분산된 슬러리 형태로 제품에 적용될 수 있다. 예를 들면, 건조 분말 형태로 친환경 무용제 접착제, 고분자 제품 또는 난연사의 제조에 적용될 수 있다. 슬러리 형태로 적용되는 경우, 분산 용매에 따라 용제형(DMF) 또는 수성타입 제품에 적용될 수 있으며, 인공피혁, 섬유제품 또는 가구에 적용될 수 있다.The flame retardant prepared according to the manufacturing method according to an aspect of the present invention may be applied to the product in the form of a dry powder or may be applied to the product in the form of a slurry dispersed in a solvent without drying. For example, in the form of dry powder, it can be applied to the manufacture of eco-friendly solvent-free adhesives, polymer products, or flame-retardant yarns. When applied in the form of a slurry, it can be applied to solvent-based (DMF) or water-based products, depending on the dispersion solvent, and can be applied to artificial leather, textile products, or furniture.

복합화된 복합 난연제의 분체화는 공지된 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 스프레이 드라이어(spray dryer) 또는 증발기(Thin film evaporator)를 통해 고형화하거나, 믹서(Palnetary mixer)를 이용하여 농축 가공 후 감압 건조하여 고형화할 수 있다. 용제 사용량과 파우더 뭉침 현상을 저감시키기 위한 측면에서, 스프레이 드라이어보다 믹서를 이용한 농축가공 및 감압 건조가 수행되는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 고형화된 복합 난연제는 다른 소재와 혼합된 형태로 제조될 수 있다. 예를 들면, 고점도 무용제 우레탄에 적용하여도 분산성이 우수할 수 있도록, 무용제 우레탄에 고농도로 분산된 형태로 제조될 수 있다. The powdering of the complexed complex flame retardant may be performed using a known method. For example, it may be solidified by using a spray dryer or a thin film evaporator, or by drying under reduced pressure after concentration processing using a palmetary mixer. In terms of reducing the amount of solvent used and powder agglomeration, it is preferable to perform concentration processing and drying under reduced pressure using a mixer rather than a spray dryer. If necessary, the solidified composite flame retardant may be prepared in a form mixed with other materials. For example, in order to have excellent dispersibility even when applied to high viscosity solvent-free urethane, it may be prepared in a form dispersed in a high concentration in solvent-free urethane.

본 발명의 일 측면에 따른 제조방법으로 제조되는 복합 난연제는 우수한 상용성, 난연성 및 물성을 가진다. 또한, 우수한 생산성 및 친환경적 공정이 적용된 제조방법으로 제조되어 경제성이 향상될 수 있다. 또한, 유해성이 저감될 수 있다. The composite flame retardant prepared by the manufacturing method according to an aspect of the present invention has excellent compatibility, flame retardancy and physical properties. In addition, since it is manufactured by a manufacturing method to which excellent productivity and eco-friendly processes are applied, economic efficiency can be improved. In addition, the harmfulness can be reduced.

본 발명의 일 측면에 따른 제조방법으로 제조된 아미드 인산계 난연제는 차르(char) 형성을 빠르게 진행할 수 있고, 개선된 가수분해성을 가지며, 그를 나노화하는 경우 난연성이 개선되므로 고분자의 난연화에 적용할 경우 난연제 사용량이 저감되고 고분자의 물성저하를 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법으로 제조된 세라믹계 난연제를 나노화하여 복합 적용하는 경우에는 난연 메카니즘의 차르를 가속화함으로써 상기 아미드 인산계 난연제와 시너지 효과를 발생시켜 난연성을 보다 향상시키면서 고분자 물성을 증진시킬 수 있다.The amide phosphoric acid-based flame retardant prepared by the manufacturing method according to an aspect of the present invention can rapidly form char, has improved hydrolysis, and improves flame retardancy when nanoing it, so it can be applied to flame retardant of polymers. In this case, it is possible to reduce the amount of flame retardant used and reduce the physical properties of the polymer. In addition, when the ceramic flame retardant manufactured by the manufacturing method according to an aspect of the present invention is applied in a composite manner by accelerating the char of the flame retardant mechanism, a synergistic effect with the amide phosphoric acid flame retardant is generated to further improve the flame retardancy and polymer properties can promote

본 발명의 일 측면에 따른 제조방법으로 제조되는 복합 난연제는 난연성이 우수하여 적은 사용량으로도 우수한 난연 효과를 나타낼 수 있다. 이를 통하여, 폐기물의 발생을 저감시키고 환경 영향성을 줄일 수 있다. 또한, 그가 적용된 고분자 제품은 우수한 난연성을 나타내면서도 우수한 내가수분해성 및 내알칼리성을 가지므로, 높은 물성이 요구되는 분야에 적용될 수 있다. 예를 들면, 자동차 내장재용 인공피혁에 적용될 수 있다.The composite flame retardant manufactured by the manufacturing method according to an aspect of the present invention has excellent flame retardancy, and thus can exhibit excellent flame retardant effect even with a small amount of use. Through this, it is possible to reduce the generation of waste and reduce the environmental impact. In addition, since the polymer product to which it is applied has excellent hydrolysis resistance and alkali resistance while exhibiting excellent flame retardancy, it can be applied to fields requiring high physical properties. For example, it can be applied to artificial leather for automobile interior materials.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following Examples and Comparative Examples in order to help the understanding of the present invention. However, these examples only illustrate the present invention and do not limit the appended claims, and it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications to the examples are possible within the scope and spirit of the present invention. , it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예Example

<인-질소계 난연제 제조시 1차 반응 수율을 향상시키기 위한 촉매 반응 설계><Catalytic reaction design to improve the yield of the primary reaction in the manufacture of phosphorus-nitrogen-based flame retardants>

1단계 에스테르 반응에서, 촉매에 의한 글리콜 및 옥시염화인의 반응 및 수율을 확인하기 위한 실험을 수행하였다. 환류 냉각기, 온도계, 교반기, 압력평형적하 깔때기를 장착한 4구 상하 분리 반응조 1000ml에서, neopentyl glycol 208.4g(2mol) 및 1,4-dioxane 73g를 넣고 50℃로 가열하여 반응물을 반응조가 투명해질 때까지 완전히 용해한 후, 촉매를 첨가하였다. 분리 반응조의 온도 70~80℃에서 교반 하에 압력평형 적하깔때기를 통해 phosphorus oxychloride 307g(2mol)을 1시간에 걸쳐 적하(dropping)하였다. 적하가 끝난 후 온도를 80℃로 승온하여 2시간 추가반응시켰으며, 반응 내 산세척병을 이용하여 HCl을 회수하였다. 1차 반응을 위한 촉매를 선정하기 위하여 AlCl3 anhydride, MgCl2 anhydride 및 백금(Pt)을 각각 촉매로 이용하여 합성을 수행하였으며, 사용 촉매 종류, 사용 촉매 함량 및 그에 따른 반응 결과는 하기 표 1에 나타냈다. 하기 표 1에서, 수율결과는 추가반응 후에 액을 건조시키고 물에 2회 세척한 후 물의 불휘발분을 측정한 결과를 나타냈다. 실험에 수행한 모든 시약은 DAEJUNG CHEMICALS에서 구매하여 사용하였다. In the first-step ester reaction, an experiment was performed to confirm the reaction and yield of glycol and phosphorus oxychloride by the catalyst. In 1000 ml of a 4-neck vertical separation reactor equipped with a reflux condenser, thermometer, stirrer, and pressure equalization funnel, 208.4 g (2 mol) of neopentyl glycol and 73 g of 1,4-dioxane are added and heated to 50° C. After complete dissolution, the catalyst was added. 307 g (2 mol) of phosphorus oxychloride was dropped over 1 hour through a pressure-equilibrated dropping funnel under stirring at a temperature of 70 to 80° C. in the separation reactor. After the dropwise addition was completed, the temperature was raised to 80° C. and the reaction was further performed for 2 hours, and HCl was recovered using a pickling bottle in the reaction. In order to select a catalyst for the first reaction, synthesis was performed using AlCl 3 anhydride, MgCl 2 anhydride, and platinum (Pt) as catalysts, respectively. The type of catalyst used, the content of the catalyst used, and the reaction results are shown in Table 1 below. showed In Table 1 below, the yield results show the results of measuring the nonvolatile matter of water after drying the liquid after the additional reaction and washing it twice with water. All reagents performed in the experiment were purchased from DAEJUNG CHEMICALS and used.

No.No. POCl3
(mole)
POCl 3
(mole)
Neopentyl
glycol
(mole)
Neopentyl
glycol
(mole)
촉매catalyst 적하시간
(70℃)
loading time
(70℃)
용매menstruum 수율
(%)
transference number
(%)
BB 22 22 -- 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 27.327.3 A-1A-1 22 22 0.050.05 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 44.144.1 A-2A-2 22 22 0.10.1 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 50.150.1 A-3A-3 22 22 0.20.2 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 73.273.2 M-1M-1 22 22 0.050.05 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 42.142.1 M-2M-2 22 22 0.10.1 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 60.160.1 M-3M-3 22 22 0.20.2 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 75.175.1 P-1P-1 22 22 0.050.05 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 38.138.1 P-2P-2 22 22 0.10.1 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 49.149.1 P-3P-3 22 22 0.20.2 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 58.258.2

* B : Blank, A : AlCl3 Anhydrous, M : MgCl2 Anhydrous, P : Pt catalyst* B : Blank, A : AlCl 3 Anhydrous, M : MgCl 2 Anhydrous, P : Pt catalyst

상기 표 1을 보면, 촉매를 이용하지 않는 경우(B)에는 반응 속도가 매우 느린 것을 확인할 수 있으며, AlCl3 anhydride 및 MgCl2 anhydride를 촉매로 이용하여 반응시킨 경우의 결과가 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 촉매의 사용량에 따라 동일한 촉매이더라도 반응진행이 다르게 일어나는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the reaction rate is very slow in the case where the catalyst is not used (B), and it can be confirmed that the results are excellent when the reaction is performed using AlCl 3 anhydride and MgCl 2 anhydride as catalysts. In addition, it can be confirmed that the reaction proceeds differently even with the same catalyst depending on the amount of catalyst used.

<인-질소계 난연제 제조시 최적 용매 선정을 위한 실험><Experiment for selecting the optimal solvent for the manufacture of phosphorus-nitrogen-based flame retardants>

대표적인 친수성 용매를 이용한 인-질소계 난연제 합성에 따른 효율 성능을 평가하는 실험을 수행하였다. 환류 냉각기, 온도계, 교반기, 압력평형적하 깔때기를 장착한 4구 상하 분리 반응조 1000ml에서, neopentyl glycol 208.4g(2mol), 용매 100ml 및 촉매를 50℃에 용해한 후, 분리 반응조의 온도 70~80℃에서 교반 하에 압력평형 적하깔때기를 통해 phosphorus oxychloride 307g(2mol)을 1시간에 걸쳐 적하(dropping)하였다. 적하가 끝난 후 온도를 80℃로 승온하여 2시간 추가반응시켰으며, 반응 내 산세척병을 이용하여 HCl을 회수하고 환류 냉각기로 용매를 환류시켜 반응을 진행하였다. 용매는 하기 표 2와 같은 조건으로 달리하여 실험을 수행하였다.An experiment was performed to evaluate the efficiency performance according to the synthesis of a phosphorus-nitrogen-based flame retardant using a representative hydrophilic solvent. In 1000 ml of a 4-neck vertical separation reactor equipped with a reflux condenser, thermometer, stirrer, and pressure equalization funnel, 208.4 g (2 mol) of neopentyl glycol, 100 ml of solvent and catalyst were dissolved at 50 ° C. 307 g (2 mol) of phosphorus oxychloride was dropped over 1 hour through a pressure equalization dropping funnel under stirring. After the dropwise addition was completed, the temperature was raised to 80° C. and the reaction was further carried out for 2 hours. HCl was recovered using a pickling bottle in the reaction and the solvent was refluxed with a reflux condenser to proceed with the reaction. The experiment was performed by changing the solvent under the conditions shown in Table 2 below.

No.No. POCl3
(mole)
POCl 3
(mole)
Neopentyl glycol(mole)Neopentyl glycol (mole) 촉매
(MgCl2)
catalyst
(MgCl 2 )
적하시간
(70℃)
loading time
(70℃)
용매menstruum 수율
(%)
transference number
(%)
S-1S-1 22 22 0.20.2 1hr1hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 75.475.4 S-2S-2 22 22 0.20.2 1hr1hr THFTHF 6868 S-3S-3 22 22 0.20.2 1hr1hr MEKMEK 72.572.5 S-4S-4 22 22 0.20.2 1hr1hr DMFDMF 7878

수율 결과 측정시에 친수성 용매에 의한 반응 속도나 생성물 형성에 문제는 없었으나, Acetone, THF, MEK와 같은 저비점 용매의 사용시 환류가 용이하지 않은 것으로 나타났다. 1,4-Dioxane의 비점이 물과 유사하여 물로 세척과 동시에 용매치환이 용이하여 건조 시 유기 용제에 의한 사고 위험을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 복합 난연제의 적용을 위하여 사용되는 Nano-sol 합성이나 Nano 물질의 분산에 물이 용이하게 적용되므로 사용에 용이할 것으로 보이고, 인조피혁의 함침 공정에 적용되는 용매가 DMF이므로 Nano-composite화 된 복합 인산 아미드계 난연제 슬러리의 제조에 용이할 것으로 판단되어 1,4-dioxane과 비점차이에 의한 용매치환이 용이한 점이 있어 난연제 합성 공정의 사용되는 용매는 1,4-dioxane이 최적의 용매로 선정되었다.There was no problem in the reaction rate or product formation by the hydrophilic solvent when measuring the yield result, but it was found that reflux was not easy when using a low boiling point solvent such as Acetone, THF, or MEK. The boiling point of 1,4-Dioxane is similar to that of water, so it is easy to wash with water and replace the solvent at the same time, so it has the advantage of reducing the risk of accidents caused by organic solvents during drying. In addition, it seems to be easy to use because water is easily applied to the nano-sol synthesis or dispersion of nano materials used for the application of the composite flame retardant, and since the solvent applied to the impregnation process of artificial leather is DMF, it is a nano-composite 1,4-dioxane is selected as the optimal solvent for the flame retardant synthesis process because it is judged to be easy for the preparation of the composite phosphoric acid amide-based flame retardant slurry, and solvent replacement due to the difference in boiling point with 1,4-dioxane is easy. became

<인-질소계 난연제 최적 합성 조건 선정><Selection of optimal synthesis conditions for phosphorus-nitrogen flame retardants>

환류 냉각기, 온도계, 교반기, 압력평형적하 깔때기를 장착한 4구 상하 분리 반응조 1000ml에, neopentyl glycol 208.4g (2mol), 1,4-dioxane 73g 및 촉매를 50~70℃ 온도에서 완전히 용해한 후, 분리 반응조의 온도 45-55℃에서 교반 하에 압력 평형 적하 깔때기를 통해 phosphorus oxychloride 307g (2mol)을 천천히 적하 첨가하였다. 적하가 끝난 후 온도를 80℃로 승온하여 추가 반응 시간에 따른 반응성을 평가하였다. 반응 내내 산세척병을 이용하여 HCl를 회수하고 환류 냉각기로 용매를 환류시켜 반응을 진행하였으며, 이때 물을 이용한 감압장치를 사용하여 HCl의 회수가 용이하게 진행되도록 하였다. 반응 생성물 분석 결과, 적하시간을 2시간으로 조절하고, 반응온도를 10℃ 낮추어 진행하였으며 아스피레이터를 이용하여 HCl 회수를 용이하게 한 결과 1단계 반응으로 인한 합성물 수율이 소량 상승하는 것으로 나타났다. 1단계 반응 조건 및 결과를 하기 표 3에 나타냈다.208.4 g (2 mol) of neopentyl glycol, 73 g of 1,4-dioxane and 73 g of catalyst were completely dissolved at a temperature of 50 to 70 ° C. 307 g (2 mol) of phosphorus oxychloride was slowly added dropwise through a pressure-equilibrated dropping funnel under stirring at a temperature of 45-55° C. in the reactor. After the dropwise addition was completed, the temperature was raised to 80° C. to evaluate the reactivity according to the additional reaction time. HCl was recovered using a pickling bottle throughout the reaction, and the reaction was carried out by refluxing the solvent with a reflux condenser. At this time, a pressure reducing device using water was used to facilitate recovery of HCl. As a result of the reaction product analysis, the dropping time was adjusted to 2 hours, the reaction temperature was lowered by 10° C., and HCl recovery was facilitated using an aspirator. As a result, it was found that the yield of the compound due to the first-step reaction was slightly increased. The one-step reaction conditions and results are shown in Table 3 below.

No.No. POCl3
(mole)
POCl 3
(mole)
Neopentyl
glycol
(mole)
Neopentyl
glycol
(mole)
EthylButyl pentane
diol
(mole)
EthylButyl pentane
diol
(mole)
촉매
(MgCl2)
catalyst
(MgCl 2 )
적하시간
(45-55℃)
loading time
(45-55℃)
용매menstruum 반응시간reaction time 수율yield
APT07APT07 22 22 -- 0.20.2 2hr2hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 2hr2hr 88%88% APT07-1APT07-1 22 -- 22 0.20.2 2hr2hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 2hr2hr 60%60%

다음으로, 1단계의 생성물에 대해 2단계 반응을 수행하였다. 세척병의 HCl 발생량이 보이지 않게 된 후 약 2시간에 걸쳐 EDA를 첨가하고, 승온시킨 후 4시간을 연속 반응시켜 HCl이 검출되지 않는 시점까지 반응을 진행하고 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다. 산세척의 경우에는 세척병에 24%(w/v) NaOH를 지속적으로 첨가하여 중화하였다.Next, a two-step reaction was performed on the product of the first step. After the amount of HCl generated in the washing bottle became invisible, EDA was added over about 2 hours, the temperature was raised, and the reaction was continued for 4 hours until the HCl was not detected, and the results are shown in Table 4 below. In the case of pickling, neutralization was continued by continuously adding 24% (w/v) NaOH to the washing bottle.

No.No. 1차 생성물primary product 적하시간
(30℃)
loading time
(30℃)
용매menstruum 반응시간reaction time 수율yield
APT07APT07 421g421g 2hr2hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 4hr4hr 72.5%72.5% APT07-1APT07-1 370g370g 3hr3hr 1,4-dioxane1,4-dioxane 4hr4hr 53%53%

2단계에서 얻어진 시료를 필터로 여과 후, 고형분 : 물 = 1 : 1 비율로 30분간 교반하고 여과하는 물 세척 공정을 7회 이상 수행하였으며, 최종 여과 후 120℃에서 1시간 건조하여 난연제 합성물 189g을 수득하였다. After filtering the sample obtained in step 2 with a filter, the solid content: water = 1: 1 ratio was stirred for 30 minutes and a water washing process of filtration was performed 7 times or more, and after final filtration, 189 g of a flame retardant compound was obtained by drying at 120 ° C. obtained.

인-질소계 화합물의 합성을 위한 반응을 1차 및 2차로 구분하고 각 단계별로 충분한 시간 및 온도 조건을 변경하여 진행하였으며, 각 단계별 반응 슬러리 상태에서 FT-IR을 이용한 OH-peak를 측정하여 OH 건조 과정 중 발생하는 오류를 최소화하여 합성하였다. 합성된 난연제의 물성은 IR(Thermo scientific iD5), DSC (Scinco DSC N-650), NMR, TGA 및 ICP 등을 이용하여 평가하고 그 결과를 하기 표 5 및 도 3에 나타냈다. LOI(limiting oxygen index) 지수는 JIS-K-7210규격으로 평가하였으며, 평가시 기존 접착층 수지에 합성된 난연제(APT07)를 20% 중량비가 되도록 첨가하여 필름형태로 LOI를 3회 측정하고 그 평균값으로 표기하였다. 가수분해성은 난연제를 정량하여 121℃/0.2MPa, 100% RH, 96 hr 조건에 노출 후 물에 10분간 분산시키고 감압조건에서 0.1 μm 유리 필터로 필터링한 후 건조하여 용해된 정도를 백분율(%)로 측정하였다. 알칼리 용해도는 암모니아수를 이용하여 pH를 10으로 제조한 수용액 100 ml에 제조된 난연제 10 g을 투입하여 10분간 강제 교반 후에 0.1 μm 유리필터로 감압조건에서 필터링한 후 건조하여 용해도(%)를 측정하였다. 포깅시험은 시료 2 g을 시편 위에 올려 놓은 후에 MS 300-54 시험법에 의하여 시행하였다. 도 3에서, (A)는 FT-IR 분석결과, (B)는 DSC(differential scanning calorimetry) 분석결과, (C)는 TGA(thermal gravitational analysis) 분석결과, (D)는 H-NMR 분석결과이다.The reaction for the synthesis of phosphorus-nitrogen compounds was divided into primary and secondary, and sufficient time and temperature conditions were changed for each stage, and OH-peak was measured using FT-IR in the reaction slurry state at each stage to measure OH It was synthesized by minimizing errors occurring during the drying process. The properties of the synthesized flame retardant were evaluated using IR (Thermo scientific iD5), DSC (Scinco DSC N-650), NMR, TGA and ICP, and the results are shown in Table 5 and FIG. 3 below. The LOI (limiting oxygen index) index was evaluated according to JIS-K-7210 standard, and the LOI was measured three times in the form of a film by adding a flame retardant (APT07) synthesized to the existing adhesive layer resin in a weight ratio of 20%, and the average value was used. marked. For hydrolysis, the flame retardant is quantified, exposed to 121℃/0.2MPa, 100% RH, 96 hr conditions, dispersed in water for 10 minutes, filtered with a 0.1 μm glass filter under reduced pressure, and dried to determine the degree of dissolution in percent (%) was measured with For alkali solubility, 10 g of the prepared flame retardant was added to 100 ml of an aqueous solution having a pH of 10 using ammonia water, and after forced stirring for 10 minutes, filtered under reduced pressure with a 0.1 μm glass filter and dried to measure solubility (%). . The fogging test was performed by the MS 300-54 test method after placing 2 g of the sample on the specimen. 3, (A) is an FT-IR analysis result, (B) is a differential scanning calorimetry (DSC) analysis result, (C) is a TGA (thermal gravitational analysis) analysis result, (D) is an H-NMR analysis result .

No.No. 수득률yield 내가수분해성hydrolysis resistance 90℃ 용해도90℃ Solubility 알칼리
용해도
alkali
Solubility
LOI 지수 LOI Index
APT07APT07 72.5%72.5% 1.72%1.72% 0.62%0.62% 0.6%0.6% 26.526.5 APT07-1APT07-1 53%53% 1.28%1.28% 0.32%0.32% 0.4%0.4% 25.325.3

상기와 같은 제조방법으로 제품 설계에 따른 270~280℃ 용융점을 가지는 난연제를 합성할 수 있었다. 합성된 난연제의 물성 평가 결과를 보면, FT-IR, DSC 상에서는 불순물이 분석되지 않았으며, NMR 분석 시 약 5% 정도의 불순물이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 분석 전처리 과정에서 DMSO에 용해시켜 분석함으로 TGA, DSC, FT-IR에서 나타나지 않는 불순물이 과량 용융된 것으로 분석되었다. APT07보다 APT07-1의 경우 소수성 Alkyl 기가 더 높아 내수성 및 알칼리 용해도, 내가수분해성 등은 더 좋게 나타났으나 실제적인 P함량과 N함량이 낮아 난연성 평가인 LOI지수 값이 떨어지는 결과를 얻었으며, 수율이 높지 않은 것으로 나타났다. 따라서, 제품 양산성에서 APT07이 보다 우수한 것을 확인할 수 있었다.It was possible to synthesize a flame retardant having a melting point of 270 ~ 280 ℃ according to the product design by the manufacturing method as described above. Looking at the results of the evaluation of the properties of the synthesized flame retardant, it can be seen that impurities were not analyzed on FT-IR and DSC, and about 5% of impurities appeared during NMR analysis. It was analyzed that impurities not appearing in TGA, DSC, and FT-IR were excessively melted by dissolving it in DMSO during analysis pre-treatment. In the case of APT07-1 than APT07, the hydrophobic Alkyl group was higher, so water resistance, alkali solubility, and hydrolysis resistance were better. appeared not to be high. Therefore, it was confirmed that APT07 was more excellent in product mass productivity.

기존 용매로 세척하거나 또는 감압공정으로 휘발시켜 제거하는 방법으로는 잔류 염소가 2000ppm 이상 검출되어 우레탄 수지 또는 전자 부품에의 적용이 어려워, 후공정 조건을 달리하여 할로겐 원소를 제거하기 위한 실험을 수행하였다.Residual chlorine was detected more than 2000 ppm by washing with an existing solvent or by volatilizing through a reduced pressure process, making it difficult to apply to urethane resins or electronic parts, so an experiment was performed to remove halogen elements by changing post-process conditions. .

합성된 난연제에 대하여 후공정을 달리하여 샘플을 준비하고 할로겐 원소 함유 유무 분석을 수행하였다. 후공정 조건은 15시간 열처리, 24시간 열처리 및 일반 물수세 5회(1회/30분) 후 120℃에서 1시간 열처리의 세 가지로 구분하여 수행하고 그 결과를 하기 표 6에 나타냈다. 할로겐 함유 분석은 연소이온크로마토그래피(Combustion-Ion Chromatography) 시험분석법을 이용하여 수행하였다.Samples were prepared by different post-processing for the synthesized flame retardant, and the presence or absence of halogen elements was analyzed. The post-process conditions were divided into three categories: heat treatment for 15 hours, heat treatment for 24 hours, and heat treatment for 1 hour at 120°C after 5 times (1 time/30 minutes) of general water washing, and the results are shown in Table 6 below. Halogen-containing analysis was performed using a combustion ion chromatography (Combustion-Ion Chromatography) test method.

시료명Sample name 원소element 측정결과(mg/kg )Measurement result (mg/kg) LOQ(mg/kg )LOQ (mg/kg) APTO7
(15시간 열처리)
APTO7
(15 hours heat treatment)
ClCl 6,4726,472 0.50.5
BrBr LOQ 이하Below LOQ 0.50.5 APTO7
(24시간 열처리)
APTO7
(24 hours heat treatment)
ClCl 7,0307,030 0.50.5
BrBr LOQ 이하Below LOQ 0.50.5 APTO7
(5회 물수세, 120℃ 1시간 열처리)
APTO7
(Water wash 5 times, heat treatment at 120℃ for 1 hour)
ClCl LOQ 이하Below LOQ 0.50.5
BrBr LOQ 이하Below LOQ 0.50.5

*LOQ : Limit of quantification합성된 난연제에서 검출되는 Cl은 합성 부산물인 염산의 Cl에 기인하는 것으로 분석되었으며, 상기 표 6을 참고하면, 열처리만을 수행한 샘플은 처리시간에 관계없이 Cl이 제거되지 않고, 물수세 후 건조한 샘플에서만 Cl이 검출되지 않는 것으로 나타났다.*LOQ: Limit of quantification Cl detected in the synthesized flame retardant was analyzed to be due to Cl of hydrochloric acid, a synthetic by-product. Referring to Table 6 above, the sample subjected to only heat treatment does not remove Cl regardless of the treatment time. , it was found that Cl was not detected only in dry samples after washing with water.

<용매치환법을 이용한 나노형 인-질소계 난연제 슬러리의 고형화><Solidification of nano-type phosphorus-nitrogen-based flame retardant slurry using solvent substitution method>

합성된 난연제(APT07)를 대상으로 농축기를 이용하여 용매를 농축시켜 50% 난연제 슬러리 100g을 제조하였다. 용매로 DMF 또는 물에 계면활성제가 혼합된 혼합액 100g을 준비하고 교반하면서 농축된 난연제 슬러리를 투입하여 분산시키고 입도 및 점도를 측정하였다. 계면활성제는 각 용매별로 HLB (hydrophile-Lipophile-balance)이 상이한 LA-2, LA-7, LA-15 및 LA-30을 각각 적용하였으며, 용매로 DMF를 이용하여 치환한 결과는 표 7에 나타내고, 용매로 물을 이용하여 치환한 결과는 표 8에 나타냈다. 점도는 Brookfield RVT 4# 20rpm조건으로 측정하고, 입도는 Particle size Analyzer(Marvern, USA)로 측정하였다.100 g of a 50% flame retardant slurry was prepared by concentrating the solvent using a concentrator for the synthesized flame retardant (APT07). As a solvent, 100 g of a mixture solution in which a surfactant is mixed with DMF or water was added and dispersed by adding a concentrated flame retardant slurry while stirring, and particle size and viscosity were measured. For surfactant, LA-2, LA-7, LA-15, and LA-30 with different hydrophile-lipophile-balance (HLB) for each solvent were applied, respectively, and the results of substituting with DMF as the solvent are shown in Table 7 , the results of substitution using water as the solvent are shown in Table 8. Viscosity was measured under Brookfield RVT 4# 20rpm condition, and particle size was measured with Particle size Analyzer (Marvern, USA).

ITEMITEM LA-2(HLB:6.2)LA-2 (HLB:6.2) LA-7(HLB:12.3)LA-7 (HLB:12.3) LA-15(HLB:15.4)LA-15 (HLB:15.4) LA-30(HLB:17.6)LA-30(HLB:17.6) 입도granularity 200㎛이상200㎛ or more 150㎛이상150㎛ or more 200㎛200 200㎛이상200㎛ or more 점도
(cps)
Viscosity
(cps)
20002000 15001500 18001800 12001200

ITEMITEM LA-2(HLB:6.2)LA-2 (HLB:6.2) LA-7(HLB:12.3)LA-7 (HLB:12.3) LA-15(HLB:15.4)LA-15 (HLB:15.4) LA-30(HLB:17.6)LA-30(HLB:17.6) 입도granularity 150㎛이상150㎛ or more 200㎛이상200㎛ or more 200㎛200 300㎛이상300㎛ or more 점도
(cps)
Viscosity
(cps)
12001200 10001000 11201120 900900

1차 분산제 첨가 적용시 분산성에는 도움이 되나 입도 및 점도 조절에는 효과를 얻지 못하는 것으로 나타나, 2차로 고분자형 분산제인 BYK(Germany) 분산제를 첨가 적용하였다. BYK A(102), BYK B(182)를 이용하여 용제형, 수성 및 양쪽성으로 진행하고 그 결과를 하기 표 9에 나타냈다. 또한, 용매치환시 분산제 유무에 따른 입도 분포도의 차이를 확인하기 위하여, 물을 용매로 하여 BYK B의 적용유무를 달리하여 실험을 수행하고 그 결과를 도 4에 나타냈다. 도 4에서, (A)는 분산제를 적용하지 않고 용매치환한 난연제고 D50값은 150㎛이고, (B)는 분산제로 BYK B를 적용하여 용매치환한 난연제로 D50값은 9㎛이다.When the first dispersant was added, it was found to be helpful in dispersibility but not effective in controlling particle size and viscosity, so a BYK (Germany) dispersant, a polymer-type dispersant, was secondarily added. BYK A (102) and BYK B (182) were used to proceed to solvent type, aqueous and amphoteric, and the results are shown in Table 9 below. In addition, in order to confirm the difference in the particle size distribution according to the presence or absence of a dispersant during solvent replacement, an experiment was performed by varying the application of BYK B using water as a solvent, and the results are shown in FIG. 4 . In FIG. 4, (A) is a flame retardant that is solvent-substituted without applying a dispersant and the D50 value is 150 μm, and (B) is a flame retardant that is solvent-substituted by applying BYK B as a dispersant. The D50 value is 9 μm.

ITEMITEM BYK A(DMF)BYK A (DMF) BYK B(DMF)BYK B (DMF) BYK A(Water)BYK A (Water) BYK B(Water)BYK B(Water) 입도granularity 10㎛10 15㎛15 12㎛12 9㎛9 점도Viscosity 300300 200200 250250 300300 슬러리 농도slurry concentration 55%55% 60%60% 35%35% 33%33%

상기 표 9 및 도 4를 보면, 용매치환 후 평균입도는 분산제를 사용한 경우에 미사용 경우에 비하여 현저히 저감된 것으로 나타났다. 이를 통하여 마이셀 보조제의 첨가로 용매치환과 동시에 입도관리가 되는 적용가능성을 확인할 수 있다.Referring to Table 9 and FIG. 4, it was found that the average particle size after solvent replacement was significantly reduced in the case of using the dispersant compared to the case of not using it. Through this, the applicability of particle size control at the same time as solvent replacement by the addition of micellar adjuvant can be confirmed.

<나노형 인-질소계 난연제 슬러리를 위한 습식밀링><Wet milling for nano-type phosphorus-nitrogen flame retardant slurry>

용매치환만으로는 입도크기의 제어에 한계가 있어 용매치환 후 볼밀을 이용한 난연제 슬러리의 미립화를 진행하였다. BYK B가 분산제로 적용된 물을 용매로 용매치환 공정을 적용하여 제조되었던 슬러리에 대하여, 용매치환 공정 적용 후 볼밀(지르코니아 비드 0.5㎛)을 이용하여 24시간 가공을 수행하여 나노형 난연제 슬러리로 제조하였다. 미립화한 난연제 슬러리는 물을 이용하여 3~5회 분산 세척 후 스프레이 드라이(spray dry)로 고형화하였다. 습식밀링 처리 후 나노형 난연제 슬러리의 입도를 ISO-13320 규격에 따라 particle size analyzer(NanoPlus, USA)로 분석하고 그 결과를 도 5에 나타내고, 할로겐 화합물 유무를 분석한 결과를 하기 표 10에 나타냈다. 도 5의 분석결과 particle size(mean size)는 322.2nm로 분석되었다.There is a limit to the control of particle size by solvent replacement alone, so atomization of the flame retardant slurry using a ball mill was performed after solvent replacement. With respect to the slurry prepared by applying the solvent replacement process to water to which BYK B was applied as a dispersing agent, after applying the solvent replacement process, processing was performed for 24 hours using a ball mill (zirconia beads 0.5 μm) to prepare a nano-type flame retardant slurry . The atomized flame retardant slurry was solidified by spray-drying after dispersion washing 3 to 5 times with water. After wet milling, the particle size of the nano-type flame retardant slurry was analyzed with a particle size analyzer (NanoPlus, USA) according to the ISO-13320 standard, and the results are shown in FIG. 5, and the results of analyzing the presence or absence of halogen compounds are shown in Table 10 below. As a result of the analysis in FIG. 5, the particle size (mean size) was analyzed to be 322.2 nm.

원소element 측정결과 (mg/kg)Measurement result (mg/kg) L.O.Q. (mg/kg) L.O.Q. (mg/kg) ClCl L.O.Q. 이하L.O.Q. Below 0.50.5 BrBr L.O.Q. 이하L.O.Q. Below 0.50.5 SS L.O.Q. 이하L.O.Q. Below 0.50.5

도 5를 보면, 입도분석결과 particle size(mean size)는 322.2nm로 분석되어 입도의 나노화가 이루어진 것을 확인할 수 있다. 또한, 표 10을 보면, 할로겐 원소 모두 L.O.Q. 이하로 측정되어 Cl이 제거된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , as a result of the particle size analysis, the particle size (mean size) was analyzed to be 322.2 nm, confirming that the particle size was nano-sized. In addition, looking at Table 10, all halogen elements are L.O.Q. It can be confirmed that Cl is removed by measuring the following.

<합성된 인-질소계 난연제 후공정 처리조건에 따른 구조 및 물성 분석><Structure and physical properties analysis according to the post-processing conditions of the synthesized phosphorus-nitrogen flame retardant>

2단계 반응을 수행하여 합성된 난연제, 그를 용매치환 및 밀링을 통하여 수세공정을 거친 난연제 및 메탄올을 이용하여 재결정을 더 수행한 난연제에 대하여 각 화합물별 구조를 1H-NMR과 FT-IR 분석을 통해 확인하고 그 결과를 도 6 및 7에 나타냈다. 또한, 난연제의 물성을 확인하기 위하여 TGA 분석으로 내열성을 확인하고 그 결과를 도 8에 나타냈다. 또한, 난연제의 순도 분석을 위하여 HPLC(ACHE 9000, 영린기기) 분석을 수행하고 그 결과를 도 9에 나타냈다. HPLC 조건은 유량 0.5ml/min, 주입량 80㎕, 농도 100ppm, C18 역상 컬럼을 고정상으로 하고 전개액은 메탄올: 물 = 40 : 60으로 수행하였다. 도 6 내지 9에서, (A)는 합성된 직후의 난연제(APT07), (B)는 그를 용매치환 및 밀링한 난연제, (C)는 상기 (B)에 대하여 메탄올로 재결정을 더 수행한 난연제를 의미한다. 1 H-NMR and FT-IR analysis of the structure of each compound for the flame retardant synthesized by performing a two-step reaction, a flame retardant that has undergone a water washing process through solvent substitution and milling, and a flame retardant further recrystallized using methanol through and the results are shown in FIGS. 6 and 7 . In addition, in order to confirm the physical properties of the flame retardant, heat resistance was checked by TGA analysis, and the results are shown in FIG. 8 . In addition, HPLC (ACHE 9000, Younglin Instrument) analysis was performed for the purity analysis of the flame retardant, and the results are shown in FIG. 9 . HPLC conditions were a flow rate of 0.5 ml/min, an injection volume of 80 μl, a concentration of 100 ppm, and a C18 reversed-phase column as a stationary phase, and the developing solution was methanol: water = 40: 60. 6 to 9, (A) is a flame retardant immediately after synthesis (APT07), (B) is a flame retardant that is solvent-substituted and milled, (C) is a flame retardant that is further recrystallized with methanol with respect to (B) it means.

도 6 내지 9를 보면, 용매치환 및 밀링, 메탄올 재결정에 의한 정제를 통해 불순물이 제거되고 점차적으로 난연제의 순도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 8을 보면, 순도의 증가에 따라 난연제의 내열성도 향상되는 것을 확인할 수 있다. 도 9를 보면, 합성 직후의 난연제는 retention time 3분의 메인 피크(main peak) 이후 브로드한 불순물 피크를 확인할 수 있으나, 상기 불순물 피크는 이후의 후공정을 거치며 상당량 감소하는 것으로 나타났다. 합성된 난연제에 용매치환 및 습식밀링 후공정 처리함으로써 평균입도를 제어하여 미립화가 가능하며, 순도를 개선시키고 Cl을 저감시키는 것을 확인할 수 있다.6 to 9 , it can be seen that impurities are removed through solvent replacement, milling, and purification by methanol recrystallization, and the purity of the flame retardant is gradually increased. Referring to FIG. 8 , it can be seen that the heat resistance of the flame retardant is improved as the purity is increased. Referring to FIG. 9 , the flame retardant immediately after synthesis can confirm a broad impurity peak after a main peak of 3 minutes of retention time, but the impurity peak is significantly reduced through subsequent post-processing. It can be confirmed that atomization is possible by controlling the average particle size by solvent replacement and wet milling post-processing in the synthesized flame retardant, improving purity and reducing Cl.

<합성된 인-질소계 난연제의 난연 성능 확인><Check the flame retardant performance of the synthesized phosphorus-nitrogen-based flame retardant>

합성 후 습식 밀링 및 수세 처리한 난연제에 대하여 그를 섬유소재에 적용하여 난연 성능을 측정하였다. 사용 섬유소재로는 cotton(ISO ADJ COTTON, Testfabrics社 표준백포), nylon (ISO ADJ POLYAMIDE, Testfabrics社 표준백포) 및 polyester (Polyester Adjacent Fabric, SDC Enterprises Limited社 표준백포)를 선정하고 소재별로 난연제 농도를 각각 3, 5, 7% o.w.s. 로 처리하였다. 난연제 및 폴리우레탄계 바인더 2PGN-pi을 1:1의 비율로 사용하였으며, 압력 0.4 MPa, 속도 7로 패딩하고 180℃에서 2분간 건조시켜 가공하였다. 섬유소재별 난연가공제 픽업(pick-up)량은 하기 표 11에 나타냈다.After synthesis, the flame retardant performance was measured by applying it to the fiber material for the wet milling and water washing treatment. Cotton (ISO ADJ COTTON, standard white fabric from Testfabrics), nylon (ISO ADJ POLYAMIDE, standard white fabric from Testfabrics), and polyester (Polyester Adjacent Fabric, standard white fabric from SDC Enterprises Limited) were selected as the fiber materials used, and the flame retardant concentration was determined for each material. 3, 5, and 7% ows respectively treated with A flame retardant and polyurethane-based binder 2PGN-pi were used in a ratio of 1:1, padded at a pressure of 0.4 MPa and a speed of 7, and dried at 180° C. for 2 minutes to process. The amount of pickup (pick-up) of the flame retardant processing agent for each fiber material is shown in Table 11 below.

난연제 농도Flame Retardant Concentration Pick-up(%)Pick-up (%) CottonCotton Nylonnylon PolyesterPolyester 3% ows3% ows 91.13 91.13 87.12 87.12 80.61 80.61 5% ows5% ows 94.40 94.40 112.89 112.89 85.40 85.40 7% ows7% ows 90.91 90.91 98.16 98.16 85.39 85.39

합성 후 습식 밀링 및 수세 처리한 난연제에 대하여 그를 섬유소재에 적용하여 난연 성능을 측정하고 그 결과를 도 10에 나타냈다. 난연가공된 각 섬유에 대한 난연테스트는 MS 300-08, 수평법으로 수행하였다. After the synthesis, the flame retardant performance was measured by applying it to the fiber material for the flame retardant treated with wet milling and water washing, and the results are shown in FIG. 10 . The flame-retardant test for each of the flame-retardant-processed fibers was performed by MS 300-08, the horizontal method.

도 10을 보면, 섬유소재에 적용하였을 때의 난연제의 난연 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. polyester 섬유소재에 적용되는 경우에는 적은 함량인 3% o.w.s.로 난연제를 처리한 경우에도 매우 우수한 난연성능을 나타냈다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the flame retardant performance of the flame retardant when applied to a fiber material is excellent. When applied to polyester fiber material, it showed very good flame retardant performance even when the flame retardant was treated with a small amount of 3% o.w.s.

<용매치환용 나노졸(nano-sol) 합성공정 최적화><Optimization of nano-sol synthesis process for solvent replacement>

아미드 인산계 난연제의 제조공정 중 용매치환단계에 적용하기 위한 나노 세라믹 난연제 슬러리를 합성함에 있어 최적화 조건을 확인하기 위한 실험을 수행하였다. 나노 세라믹 슬러리를 전기폭발법을 이용하여 제조하였으며, 최적 용매를 선택하기 위하여 용매를 달리하여 용매에 따른 나노조 제조 농도 및 입도 분포(4시간 기준)를 확인하고 그 결과를 아래 표 12에 나타냈다. 표 12에서 입도는 particle size analyzer(Marvern, USA)를 이용하여 측정하였다.An experiment was performed to confirm the optimization conditions in synthesizing the nano-ceramic flame retardant slurry for application to the solvent replacement step in the manufacturing process of the amide phosphoric acid flame retardant. The nano-ceramic slurry was prepared using the electro-explosive method, and the concentration and particle size distribution (based on 4 hours) according to the solvent were checked by changing the solvent to select the optimal solvent, and the results are shown in Table 12 below. In Table 12, the particle size was measured using a particle size analyzer (Marvern, USA).

water H2O2(2%)H 2 O 2 (2%) 1,4-Dioxane1,4-Dioxane EthanolEthanol IPAIPA MEKMEK DMFDMF 입도
(nm)
granularity
(nm)
350350 310310 120120 170170 210210 180180 110110
슬러리 농도
(%)
slurry concentration
(%)
0.720.72 0.580.58 1.181.18 0.540.54 0.420.42 0.610.61 1.111.11

표 12를 참조하면, 극성 용매 종류에 따라 슬러리의 입도 및 농도가 크게 달라지는 것으로 나타났으며, 물과 유사한, 극성이 큰 용매에서는 나노화가 잘 이루어지지 않는 것으로 보여 보조제가 투입되는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.Referring to Table 12, it was found that the particle size and concentration of the slurry greatly changed depending on the type of polar solvent, and it was determined that it would be preferable to add an auxiliary agent as it was found that nanoization was not performed well in a solvent with a large polarity similar to water. became

전기폭발법으로 나노형 슬러리 제조시 분산제를 투입한 경우와 그렇지 않은 경우의 입도 분포를 확인하였으며, 그 결과를 도 11에 나타냈다. 도 11에서 (A)는 분산제를 투입적용하지 않은 경우, (B)는 분산제를 투입적용한 경우의 결과를 나타낸다. 도 11을 보면, 분산제 미처리군에 비하여 분산제 처리군의 입도분포도가 우수한 것을 확인할 수 있다. The particle size distribution in the case where the dispersant was added and the case in which the dispersant was not added during the preparation of the nano-type slurry by the electric explosion method was confirmed, and the results are shown in FIG. 11 . In FIG. 11, (A) shows the result when the dispersant is not added and applied, and (B) shows the result when the dispersant is added and applied. 11 , it can be seen that the particle size distribution of the dispersant-treated group is superior to that of the dispersant-treated group.

이에 투입되는 분산제 종류를 달리하여 투입 분산제에 따른 입도를 비교하는 실험을 다시 수행하였으며, 그 결과는 하기 표 13에 나타냈다. 표 13에서, 점도는 Brookfield RVT 3# 50rpm 조건으로 구하였으며, 입도는 particle size analyzer(Marvern, USA)를 이용하여 측정하였다.An experiment was conducted again to compare the particle size according to the input dispersant by changing the type of dispersant to be added, and the results are shown in Table 13 below. In Table 13, the viscosity was obtained under Brookfield RVT 3# 50rpm condition, and the particle size was measured using a particle size analyzer (Marvern, USA).

ITEMITEM BYK ABYK A BYK BBYK B BYK CBYK C BYK DBYK D 입도granularity 89nm89nm 14nm14nm 154nm154nm 91nm91nm 점도Viscosity 1919 1515 2323 1818 슬러리 농도slurry concentration 1.02%1.02% 1.22%1.22% 0.86%0.86% 1.05%1.05%

<아미드 인산계 난연제 및 세라믹계 난연제의 난연 시너지 효과 확인><Confirmation of flame retardant synergistic effect of amide phosphoric acid flame retardant and ceramic flame retardant>

아미드 인산계 난연제 및 인공피혁에 사용되는 우레탄 수지와의 난연 시너지효과가 우수한 세라믹을 선정하기 위한 실험을 수행하였다. Zn, Al 및 Sn-Cu 3종을 선정하여 세라믹 종류별로 90℃용해도와 알칼리 용해도를 측정하였으며, 나노 콜로이드 상태의 세라믹은 필터가 어려운 문제가 있어 Bulk size(금속 wire)로 용해도를 측정하였다. 인공피혁에 적용하기 위해서 인공피혁의 감량 조건을 고려한 90℃용해도와 알칼리 용해도를 측정하고 그 결과를 하기 표 14에 나타냈으며, 용해도 측정 후 금속 와이어의 표면을 현미경으로 측정한 결과를 도 12에 도시하였다.An experiment was conducted to select a ceramic with excellent flame retardant synergistic effect with the amide phosphoric acid flame retardant and the urethane resin used for artificial leather. Three types of Zn, Al, and Sn-Cu were selected, and solubility at 90°C and solubility in alkali were measured for each type of ceramic. The solubility of nano-colloidal ceramics was difficult to filter, so the solubility was measured with bulk size (metal wire). In order to apply to artificial leather, solubility and alkali solubility at 90 ° C in consideration of the weight loss condition of artificial leather were measured, and the results are shown in Table 14 below, and the results of measuring the surface of the metal wire with a microscope after measuring the solubility are shown in FIG. did.

시료명Sample name 90℃ 용해도90℃ Solubility 알칼리 용해도alkali solubility ZnZn 0.009%0.009% 0.086%0.086% AlAl 0.019%0.019% 0.106%0.106% Sn-CuSn-Cu 0.028%0.028% 0.120%0.120%

표 14를 참조하면, 3종 세라믹 모두 매우 낮은 용해도를 가지는 것을 확인할 수 있다. 도 12를 참조하면, Zn와 Al은 90℃ 및 알칼리 용해 후 표면 부식이 적고, Sn-Cu의 표면 부식이 가장 많이 일어난 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 14, it can be seen that all three types of ceramics have very low solubility. Referring to FIG. 12 , it can be seen that Zn and Al exhibit little surface corrosion after dissolution at 90° C. and alkali, and surface corrosion of Sn—Cu occurs most frequently.

아미드 인산계 난연제와 세라믹 난연제의 난연 시너지 효과를 확인하기 위해 함침용 우레탄에 본 발명의 일 실시예에서 제조된 인-질소계 난연제(APT07) 20part 및 세라믹 난연제 2.5part를 적용하여 필름 제조 후 LOI 값을 비교하였으며, 그 결과를 표 15에 나타냈다.In order to confirm the flame retardant synergistic effect of the amide phosphoric acid-based flame retardant and the ceramic flame retardant, 20 parts of the phosphorus-nitrogen flame retardant (APT07) and 2.5 parts of the ceramic flame retardant prepared in an embodiment of the present invention were applied to the urethane for impregnation. were compared, and the results are shown in Table 15.

함침용 우레탄Urethane for impregnation 100100 100100 100100 100100 100100 아미드 인산계 난연제Amide Phosphoric Acid Flame Retardant 20part20part 20part20part 20part20part 20part20part ZnZn 2.5part2.5part AlAl 2.5part2.5part Sn-CuSn-Cu 2.5part2.5part LOI 값LOI value 23.123.1 25.625.6 26.526.5 26.826.8 26.026.0

표 15를 참조하면, 인-질소계 난연제 20part만 첨가했을 때 LOI 25.6이었으며, 인-질소계 난연제 20part와 Al 2.5part를 첨가했을 때 LOI 26.8으로 나타나, 인-질소계 난연제 단독 첨가에 비하여 세라믹 난연제를 함께 첨가한경우 LOI 값이 1.2배 증가되는 것으로 나타났다. Zn, Sn-Cu에 비해 Al이 난연 시너지 효과가 가장 큰 것으로 나타나, 이후 사용할 세라믹 난연제는 Al계 세라믹으로 선정하였다.Referring to Table 15, when only 20 parts of the phosphorus-nitrogen-based flame retardant was added, the LOI was 25.6, and when 20 parts of the phosphorus-nitrogen-based flame retardant and 2.5 parts of Al were added, the LOI was 26.8, compared to the addition of the phosphorus-nitrogen-based flame retardant alone, the ceramic flame retardant It was found that the LOI value was increased by 1.2 times when added together. Compared to Zn and Sn-Cu, Al showed the greatest flame retardant synergy effect, so the ceramic flame retardant to be used later was selected as an Al-based ceramic.

세라믹 난연제의 난연 시너지 효과를 확인하기 위해 인-질소계 난연제(APT07) 함량만을 20part, 22.5part, 25part로 늘린 시료와, 인-질소계 난연제 20part에 Al을 2.5part, 5part로 함량을 늘린 시료의 LOI 값을 그래프화 한 결과는 도 13에 나타냈다.In order to confirm the flame retardant synergistic effect of the ceramic flame retardant, the sample in which only the phosphorus-nitrogen flame retardant (APT07) content was increased to 20 parts, 22.5 parts, and 25 parts, and the sample in which the content of Al was increased to 2.5 parts and 5 parts in 20 parts of the phosphorus-nitrogen flame retardant The results of graphing the LOI values are shown in FIG. 13 .

도 13을 참조하면, 아미드 인산계 난연자 함량만을 늘린 전자의 처리에 비하여 후자의 처리가 LOI값 결과가 더 높은 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13 , it can be seen that the latter treatment results in a higher LOI value compared to the former treatment in which only the amide phosphoric acid-based flame retardant content is increased.

<세라믹계 난연제의 표면 처리><Surface treatment of ceramic flame retardant>

Al 세라믹 난연제를 표면처리하기 위한 표면처리제로 실란 커플링제 중 아미노 실란 커플링제를 선택하여 적용하였다. 아미노 실란 커플링제는 N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane(KBM602), N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane(KBM603) 및 3-Aminopropyltriethoxysilane(KBM903)을 각각 사용하였다.As a surface treatment agent for surface treatment of the Al ceramic flame retardant, an amino silane coupling agent among silane coupling agents was selected and applied. As the amino silane coupling agent, N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane (KBM602), N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane (KBM603) and 3-Aminopropyltriethoxysilane (KBM903) were used, respectively.

아미드 인산계 난연제와의 상용성 및 복합화를 고려한 Nano-composit성을 높이기 위하여, 표면처리제로 가공 전 우선 용매 1,4-Dioxane에 나노화한 Al 제품에 대한 표면개질을 실시하였다. 1단계로, 용매 1,4-Dioxane에 나노화한 Al 제품(입도 14nm)을 사용하였다. 2단계로, 실란의 가수분해를 위하여 95% 에탄올과 정제수의 비율을 80 : 20(V%)으로 하여 300ml의 볼륨으로 만든 후 아세트산을 첨가하여 pH가 6.0 ~ 6.5가 되도록 조절한 용매 500ml를 준비하고, 이를 round flask에 옮긴 후 유리마개로 막고 마그네틱 교반기를 사용하여 300rpm으로 30분간 혼합하였다. 혼합이 끝난 후 아미노 실란 커플링제를 20g 첨가하고 300rpm으로 교반하면서 가수분해를 수행하였다. 이 때 가수분해 시간은 20분, 40분, 1hr 간격으로 진행하였다. 3단계로, 가수분해 반응 후 1단계에서 준비된 Al 1.18% 1,4-Dioxane 용액 200ml를 round flask에 넣고 300rpm으로 교반하면서, 2단계에서 가수분해 시킨 용액 10ml를 투입하여 상온에서 1시간동안 표면 처리를 진행하였다. 반응이 끝난 용액은 원심분리기를 이용하여 3,000rpm에서 30분 동안 원심분리 후 상등액을 폐기하고, 2단계에서 제조한 가수분해 전의 용매를 사용해서 3회 세척 후 순수 에탄올을 사용하여 2회 더 세척하였다. 50℃ 오븐 조건에서 30분 건조하여 표면에 축합중합이 이루어지도록 건조시켰으며, 이후 진공오븐에서 24시간 동안 상온 건조시켜 표면이 개질된 Al powder를 수득하였다. 각 아미노 실란 커플링제별 표면처리된 Al 수득량은 KBM602 가수분해액을 이용한 시료가 2.8g, KBM603 가수분해액을 이용한 시료가 2.7g, KBM903 가수분해액을 이용한 시료가 2.9g이었다.In order to increase the nano-composite property considering compatibility and complexation with the amide phosphoric acid-based flame retardant, surface modification was performed on the nano-sized Al product in 1,4-Dioxane as a solvent before processing with a surface treatment agent. In the first step, an Al product (particle size of 14 nm) nanosized in 1,4-Dioxane as a solvent was used. In step 2, for the hydrolysis of silane, make a volume of 300 ml with a ratio of 95% ethanol and purified water 80 : 20 (V%), and then prepare 500 ml of a solvent adjusted to pH 6.0 ~ 6.5 by adding acetic acid. After transferring this to a round flask, it was closed with a glass stopper and mixed at 300 rpm for 30 minutes using a magnetic stirrer. After mixing, 20 g of an amino silane coupling agent was added and hydrolysis was performed while stirring at 300 rpm. At this time, the hydrolysis time was carried out at intervals of 20 minutes, 40 minutes, and 1 hr. In step 3, after the hydrolysis reaction, 200 ml of the Al 1.18% 1,4-Dioxane solution prepared in step 1 was put into a round flask, stirred at 300 rpm, 10 ml of the solution hydrolyzed in step 2 was added, and the surface was treated at room temperature for 1 hour. proceeded. After the reaction was completed, the solution was centrifuged at 3,000 rpm for 30 minutes using a centrifuge, the supernatant was discarded, washed 3 times using the solvent before hydrolysis prepared in step 2, and then washed 2 more times using pure ethanol. . It was dried in an oven condition of 50° C. for 30 minutes to allow condensation polymerization to take place on the surface, and then dried in a vacuum oven at room temperature for 24 hours to obtain Al powder with a modified surface. The yield of surface-treated Al for each amino silane coupling agent was 2.8 g in the sample using KBM602 hydrolyzate, 2.7 g in the sample using KBM603 hydrolyzate, and 2.9 g in the sample using KBM903 hydrolyzate.

표면처리된 Al 제품에 대해 FT-IR 분석 및 SEM-EDS 성분 분석을 실시하여 표면처리에 따른 조성 변화를 확인하였다. 먼저, 실란의 가수분해 시간에 따른 표면처리 후 표면에 축합 반응이 충분히 이루어졌는지 확인한 결과, 실란의 가수분해시의 시간이 1시간 미만일 경우 충분한 가수분해가 이루어지지 않아 반응사이트가 열리지 않고 Al 표면에 반응이 이루어 지지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 고려할 때, 1시간 이상의 가수분해 시간이 필요한 것을 확인할 수 있다.FT-IR analysis and SEM-EDS component analysis were performed on the surface-treated Al product to confirm the compositional change according to the surface treatment. First, as a result of checking whether the condensation reaction was sufficiently performed on the surface after surface treatment according to the hydrolysis time of the silane, if the time for hydrolysis of the silane is less than 1 hour, sufficient hydrolysis does not occur and the reaction site does not open and the reaction site does not open on the Al surface. It appeared that the reaction did not take place. Considering these results, it can be confirmed that a hydrolysis time of 1 hour or more is required.

FT-IR 확인 결과는 도 14 및 15에 나타냈다. 도 14는 표면처리제로 사용된 아미노 실란의 FT-IR이고, 도 15의 (A)는 표면처리하지 않은 Al의 FT-IR, (B)는 20분간 가수분해 표면처리 후 FT-IR, (C)는 40분간 가수분해 표면처리 후 FT-IR이고, (D)는 1시간 가수분해 표면처리 후 FT-IR이다.The FT-IR confirmation results are shown in FIGS. 14 and 15 . 14 is FT-IR of amino silane used as a surface treatment agent, FIG. 15 (A) is FT-IR of Al without surface treatment, (B) is FT-IR after hydrolysis surface treatment for 20 minutes, (C) ) is FT-IR after hydrolysis surface treatment for 40 minutes, and (D) is FT-IR after hydrolysis surface treatment for 1 hour.

도 14 및 15을 참조하면, 소량의 실란이 사용되므로 분석 시 피크 측정이 어려운 점이 있으나, 1시간 이상 가수분해시킨 실란의 경우 CH 부분이 2900cm-1에서 피크가 관찰되었으며, Si-O 피크인 약 1200cm-1 근처에서도 피크가 확인되었다. 이를 참조하면, 세라믹계 난연제의 표면 처리가 이루어진 것을 확인할 수 있었다.14 and 15, since a small amount of silane is used, it is difficult to measure the peak during analysis. However, in the case of silane hydrolyzed for 1 hour or more, a peak in the CH portion was observed at 2900 cm -1 , and the Si-O peak is about A peak was also confirmed near 1200 cm -1 . Referring to this, it was confirmed that the surface treatment of the ceramic-based flame retardant was made.

추가 SEM-EDS를 통하여 표면 검사를 실시한 결과는 도 16 및 17에 나타냈다. 도 16이 표면처리하지 않은 Al이고, 도 17이 아미노 실란을 표면처리하고 에탄올 세정한 후의 Al이다.The results of surface inspection through additional SEM-EDS are shown in FIGS. 16 and 17 . Fig. 16 is Al without surface treatment, and Fig. 17 is Al after surface treatment with amino silane and washing with ethanol.

도 16 및 17을 참조하면, 도 8의 AI에서 Si peak가 확인되는 것으로 나타났으며, 세라믹계 난연제의 표면 처리가 이루어진 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 16 and 17 , it was found that the Si peak was confirmed in the AI of FIG. 8, and it was confirmed that the surface treatment of the ceramic-based flame retardant was made.

표면처리 전후의 무기계 난연제의 모습은 SEM을 통해 확인하고, 그 결과를 도 18에 나타냈다.The appearance of the inorganic flame retardant before and after surface treatment was confirmed through SEM, and the results are shown in FIG. 18 .

<표면처리된 무기계 난연제의 친환경성 평가 및 입도 확인><Evaluation of environmental friendliness and particle size of surface-treated inorganic flame retardants>

표면처리된 ZnO 및 Al 세라믹계 난연제 2종에 대한 친환경성 평가를 수행하였다. As, Hg, Sb, Pb, Co, Cd, Ni, Cr, Cr(Ⅵ) 및 Cu 총 10종의 유해물질을 검사대상으로 하였으며, 시험분석법은 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer) 분석법을 이용하였으며, 측정 결과를 하기 표 16에 나타냈다.Eco-friendliness evaluation was performed on two types of surface-treated ZnO and Al ceramic flame retardants. As, Hg, Sb, Pb, Co, Cd, Ni, Cr, Cr(VI) and Cu were tested for a total of 10 hazardous substances, and the test analysis method was ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer) analysis method. was used, and the measurement results are shown in Table 16 below.

원소/
난연제
element/
flame retardant
ZnO 세라믹ZnO ceramic Al 세라믹Al ceramic LOQ( mg/kg )LOQ (mg/kg)
측정결과( mg/kg )Measurement result ( mg/kg ) 측정결과( mg/kg )Measurement result ( mg/kg ) AsAs LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.010.01 HgHg LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.010.01 SbSb LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 PbPb LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.020.02 CoCo LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.050.05 CdCD LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.050.05 NiNi LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 CrCr LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 Cr(Ⅵ)Cr(VI) LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.50.5 CuCu LOQ 이하Below LOQ LOQ 이하Below LOQ 0.10.1

* LOQ : Limit of quantification, LOD : Limit of detection, LOQ = LOD × 3 * LOQ : Limit of quantification, LOD : Limit of detection, LOQ = LOD × 3

표 16을 참조하면, 규제 물질은 미검출된 것으로 나타났으며, 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법으로 제조된 무기계 난연제의 친환경성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. Referring to Table 16, it was found that the regulated substances were not detected, and it was confirmed that the inorganic flame retardant manufactured by the manufacturing method according to an aspect of the present invention was excellent in environmental friendliness.

표면처리된 Al, Zn 및 ZnO 세라믹계 난연제들의 세라믹 입자 크기를 TEM을 이용하여 확인한 결과는 도 19에 나타냈다.The result of confirming the ceramic particle size of the surface-treated Al, Zn, and ZnO ceramic-based flame retardants using TEM is shown in FIG. 19 .

<표면 처리된 세라믹계 난연제 및 아미드 인산계 난연제의 복합화><Composite of surface-treated ceramic flame retardant and amide phosphoric acid flame retardant>

우선 용매 DMF에 나노화한 Al 무기계 난연제에 대해 표면개질을 실시하였다. 용매 DMF에 나노화한 Al 제품(NV 2%)을 사용하였으며, 실란의 가수분해를 위하여 95% 에탄올과 정제수의 비율을 80 : 20(V%)으로 혼합하여 150ml를 만든 후 아세트산을 첨가해서 pH가 6.0 내지 6.5가 되도록 조절한 용매를 교반기를 사용하여 300rpm으로 30분간 혼합하였다. 혼합이 끝난 후 아미노 실란 커플링제를 3g 첨가한 후 300rpm으로 교반하면서 1시간동안 가수분해하고, 이후 Al 슬러리에 가수분해된 실란 커플링제를 1시간에 걸쳐 첨가하여 표면 처리된 세라믹계 난연제를 준비하였다. First, the surface modification was performed on the Al inorganic flame retardant nanoized in the solvent DMF. A nano-sized Al product (NV 2%) was used in the solvent DMF. For the hydrolysis of silane, 95% ethanol and purified water were mixed in a ratio of 80:20 (V%) to make 150ml, and then acetic acid was added to adjust the pH. The solvent adjusted to be 6.0 to 6.5 was mixed at 300 rpm for 30 minutes using a stirrer. After mixing, 3 g of an amino silane coupling agent was added, followed by hydrolysis for 1 hour while stirring at 300 rpm, and then the hydrolyzed silane coupling agent was added to the Al slurry over 1 hour to prepare a surface-treated ceramic flame retardant. .

표면 처리된 세라믹계 난연제와 아미드 인산계 난연제의 복합화는 두 가지 방법으로 하였다. 하나는 표면 처리된 세라믹계 난연제와 아미드 인산계 난연제를 단순 혼합하여 복합화를 수행하였고, 다른 하나는 표면 처리된 세라믹계 난연제를 아미드 인산계 난연제의 용매치환공정 마지막 단계의 용매에 포함시켜 투입하여 복합화를 수행하였다. 복합화 결과는 SEM을 이용하여 확인하고 도 20에 나타냈다.The composite of the surface-treated ceramic flame retardant and the amide phosphoric acid flame retardant was carried out in two ways. In one case, complexing was performed by simply mixing the surface-treated ceramic flame retardant and the amide phosphoric acid flame retardant, and in the other, the surface-treated ceramic flame retardant was added to the solvent of the last step of the solvent replacement process of the amide phosphoric acid flame retardant to be compounded. was performed. The composite result was confirmed using SEM and is shown in FIG. 20 .

<실란 화합물의 종류 및 유무기 난연제 혼합 비율을 달리한 복합 난연제 제조><Manufacture of composite flame retardant with different types of silane compound and mixing ratio of organic/inorganic flame retardants>

하기 표 17의 실란 커플링제를 이용하여, 하기 표 18의 비율로 유기 및 무기 난연제의 비율을 달리하여 복합화하였다.By using the silane coupling agent of Table 17 below, the ratio of the organic and inorganic flame retardants was varied in the ratio of Table 18 to be complexed.

작용기(X)functional group (X) 구분division 화합물명compound name EpoxyEpoxy Epoxy-AEpoxy-A 3-Glycidoxypropyl methyldimethoxysilane3-Glycidoxypropyl methyldimethoxysilane Epoxy-BEpoxy-B 3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane AminoAmino Amino-AAmino-A N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyl
dimethoxysilane
N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyl
dimethoxysilane
Amino-BAmino-B 3-Aminopropyltrimethoxysilane3-Aminopropyltrimethoxysilane

구분division AlAl 유무기 복합 난연제 비율Organic-inorganic composite flame retardant ratio 표면처리제 종류Type of surface treatment agent Al 난연제 고형분 대비
실란 표면처리제 함량
Al flame retardant solid content
Silane surface treatment agent content
(아미드인산계:세라믹계)(amide phosphoric acid type: ceramic type)
1차-11st-1 Amino-AAmino-A 30%30% 8:18:1 1차-21st-2 4:14:1 2차-12nd-1 Amino-BAmino-B 30%30% 8:18:1 2차-22nd-2 4:14:1 3차-13rd-1 Epoxy-AEpoxy-A 30%30% 8:18:1 3차-23rd-2 4:14:1 4차-14th-1 Epoxy-BEpoxy-B 30%30% 8:18:1 4차-24th-2 4:14:1

먼저 실란의 가수분해를 위하여 에탄올과 정제수의 비율을 80 : 20 (V%)으로 하여 187.5ml를 만든 후 아세트산을 첨가하여 pH가 6.0-6.5가 되도록 조절한 용매를 30분간 혼합하였으며, 혼합이 끝난 후 실란 커플링제를 3.75g 첨가하여 NV 2%로 희석하여 1시간동안 가수분해를 수행하였다. 다음으로 DMF에 분산되어 있는 Al 슬러리(2%) 625g에 가수분해된 실란을 투입하여 상온에서 1시간 동안 표면 처리를 진행하였다. 이후 아미드 인산계 난연제와 세라믹계 난연제를 특정된 중량비율로 혼합하였다. 8:1로 제조시에는 1,4-Dioxane에 분산되어 있는 아미드 인산계 난연제(NV 50%) 200g에 상기 표면처리한 Al 슬러리를 투입하여 1시간 교반시킨 후 건조하여 제조하고, 아미드 인산계 난연제와 세라믹의 비율 4:1로 제조 시에는 아미드 인산계 난연제(NV 50%) 100g에 상기 표면처리한 Al 슬러리를 투입하여 1시간 교반 후 건조하여 복합화된 난연제를 제조하였다. 복합화한 난연제의 분체화를 위한 건조 수행시, Palnetary mixer를 이용하여 농축 가공하고, 감압 건조하여 제품을 고형화 한 후 각 복합형 난연제별 물성평가를 수행하였다.First, for the hydrolysis of silane, 187.5 ml of ethanol and purified water were made in a ratio of 80: 20 (V%), and then a solvent adjusted to pH 6.0-6.5 by adding acetic acid was mixed for 30 minutes. Then, 3.75 g of a silane coupling agent was added, diluted with NV 2%, and hydrolysis was performed for 1 hour. Next, hydrolyzed silane was added to 625 g of Al slurry (2%) dispersed in DMF, and surface treatment was performed at room temperature for 1 hour. Then, the amide phosphoric acid-based flame retardant and the ceramic-based flame retardant were mixed in a specified weight ratio. When preparing at 8:1, the surface-treated Al slurry was added to 200 g of an amide phosphoric acid flame retardant (NV 50%) dispersed in 1,4-Dioxane, stirred for 1 hour, and dried, followed by amide phosphoric acid flame retardant When preparing at a ratio of 4:1, the surface-treated Al slurry was added to 100 g of an amide phosphoric acid flame retardant (NV 50%), stirred for 1 hour, and dried to prepare a composite flame retardant. When performing drying for powdering of the complex flame retardant, it was concentrated using a palmetary mixer, dried under reduced pressure to solidify the product, and then the physical properties of each complex type flame retardant were evaluated.

난연 시너지 효과를 확인하기 위해 함침용 우레탄에 복합난연제 20part를 적용하여 필름 제조 후 LOI 값을 비교하였으며, 그 결과는 하기 표 19에 나타냈다.In order to confirm the flame retardant synergistic effect, 20 parts of a composite flame retardant was applied to the urethane for impregnation and the LOI values were compared after the film was prepared, and the results are shown in Table 19 below.

1차-11st-1 1차-21st-2 2차-12nd-1 2차-22nd-2 3차-13rd-1 3차-23rd-2 4차-14th-1 4차-24th-2 LOI 값LOI value 26.526.5 26.726.7 26.726.7 26.726.7 26.826.8 26.926.9 27.227.2 27.127.1

표 19를 참조하면, 난연 시너지 효과를 확인하기 위해 함침용 우레탄에 복합난연제 20part(난연제 함량기준)를 적용하여 필름 제조 후 LOI 값을 비교하였을 때 양호한 결과를 얻는 것을 확인 할 수 있었다. 세라믹 난연제와 아미드 인산계 난연제의 복합화의 정도에 따라 난연성 평가 시 보다 효과적인 LOI 지수 값을 가지는 것으로 나타났는데, 이는 아미드 인산계 난연제가 발포층을 형성하는 과정에 관여할 때 넓은 면적에 작용하여 Char막 형성을 용이하게 작용함으로써 나타나는 현상으로 판단된다. 아미드 인산계(N-P) 난연제가 발포층을 형성하면서 세라믹계 난연제가 차르(char) 속도를 가속화 시키는 시너지 효과 측면에서 동시 다발적으로 진행하게 되면 보다 차르막을 고르고 빠르게 형성하는 것으로 판단된다.Referring to Table 19, it was confirmed that good results were obtained when comparing the LOI values after film production by applying 20 parts of a composite flame retardant (based on flame retardant content) to the urethane for impregnation in order to confirm the flame retardant synergistic effect. It was found to have a more effective LOI index value when evaluating the flame retardancy depending on the degree of complexation of the ceramic flame retardant and the amide phosphoric acid flame retardant, which acts on a large area when the amide phosphoric acid flame retardant is involved in the process of forming the foaming layer and acts on a Char film It is judged to be a phenomenon that occurs by facilitating formation. It is judged that if the amide phosphoric acid (N-P) flame retardant forms a foaming layer and the ceramic flame retardant accelerates the char speed simultaneously, the char film is formed more evenly and faster.

복합화 결과를 SEM을 이용하여 확인한 결과는 도 21에 나타냈다. 도 21을 참조하면, 표면처리된 무기계 난연제의 뭉침 현상이 개선되는 모습을 보였다.The result of confirming the composite result using SEM is shown in FIG. 21 . Referring to FIG. 21 , the aggregation phenomenon of the surface-treated inorganic flame retardant was improved.

복합화 결과를 SEM-EDS 분석 수행한 결과는 도 22에 나타냈다. 도 22를 참조하면, 아미드 인산계 난연제의 C, N, O, P content와 세라믹계 난연제의 Al content, 표면처리에 사용된 Si가 검출되는 것으로 나타나, 복합화가 잘 수행된 것을 확인할 수 있다.The results of performing the SEM-EDS analysis of the composite results are shown in FIG. 22 . Referring to FIG. 22 , the C, N, O, and P content of the amide phosphoric acid flame retardant, the Al content of the ceramic flame retardant, and Si used for surface treatment were detected, confirming that the complexation was well performed.

복합화 난연제 혼합 비율에 따른 난연 시너지 효과를 확인하기 위해 아미드 인산계 난연제만 20part, 22.5part, 25part로 함량을 늘린 것과 여기에 Al을 2.5part, 5part로 함량을 늘린 시료별 LOI 값을 그래프화 하고 그 결과를 도 23에 나타냈다. 도 23에서, 인산계 난연제는 APT로 표기하였다.In order to check the flame retardant synergistic effect according to the mixing ratio of the composite flame retardant, the LOI value for each sample in which the content of only amide phosphoric acid flame retardants was increased to 20 parts, 22.5 parts, and 25 parts and Al was increased to 2.5 parts and 5 parts was graphed and the The results are shown in FIG. 23 . In FIG. 23, the phosphoric acid-based flame retardant was denoted as APT.

도 23을 참조하면, 복합난연제 제조 시 아미드 인산계 난연제와 세라믹계 난연제 비율에 따른 LOI 지수를 평가한 결과 아미드 인산계 난연제 20, 22.5part 기준에서 세라믹계 난연제를 2.5, 5part 복합화한 그래프는 세라믹계 난연제 함량에 따라 LOI 지수 그래프가 2차 함수 형식을 띠는 반면 아미드 인산계 난연제 함량이 25part에서 세라믹계 난연제 함량을 늘려 복합화 하는 것은 LOI 값이 2차 함수가 아닌 1차 함수 형식의 그래프를 나타냈다. 이로 보아 난연제 함량이 많은 것을 복합화 하는 비율이 더 효과적인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 23, as a result of evaluating the LOI index according to the ratio of the amide phosphoric acid flame retardant to the ceramic flame retardant when manufacturing the composite flame retardant, the graph obtained by compounding the ceramic flame retardant with 2.5 and 5 parts based on the amide phosphoric acid flame retardant 20 and 22.5 parts is a ceramic-based flame retardant. Depending on the flame retardant content, the LOI index graph has a secondary function type, whereas the compounding by increasing the ceramic flame retardant content at 25 parts with an amide phosphoric acid flame retardant content shows a graph of the primary function type, not the secondary function, in which the LOI value is not a secondary function. From this, it can be confirmed that the ratio of compounding a high flame retardant content is more effective.

<유-무기계 복합 난연제의 친환경성 평가><Evaluation of eco-friendliness of organic-inorganic composite flame retardants>

복합화된 난연제에 대한 친환경성 평가를 수행하였다. As, Hg, Sb, Pb, Co, Cd, Ni, Cr, Cr(Ⅵ) 및 Cu 총 10종의 유해물질을 검사대상으로 하였으며, 시험분석법은 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer) 분석법을 이용하였다. 측정 결과는 하기 표 20에 나타냈다.Eco-friendliness evaluation was performed on the compounded flame retardant. As, Hg, Sb, Pb, Co, Cd, Ni, Cr, Cr(VI) and Cu were tested for a total of 10 hazardous substances, and the test analysis method was ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer) analysis method. was used. The measurement results are shown in Table 20 below.

원소/난연제element/flame retardant 측정결과( mg/kg )Measurement result ( mg/kg ) LOQ( mg/kg )LOQ (mg/kg) AsAs LOQ 이하Below LOQ 0.010.01 HgHg LOQ 이하Below LOQ 0.010.01 SbSb LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 PbPb LOQ 이하Below LOQ 0.020.02 CoCo LOQ 이하Below LOQ 0.050.05 CdCD LOQ 이하Below LOQ 0.050.05 NiNi LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 CrCr LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 Cr(Ⅵ)Cr(VI) LOQ 이하Below LOQ 0.50.5 CuCu LOQ 이하Below LOQ 0.10.1

표 20을 참조하면, 측정 결과 규제 물질은 미검출되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 20, it can be confirmed that the regulated substance is not detected as a result of the measurement.

다음으로, CIC(Combustion Ion Chromatography; 연소이온 크로마코그래피)분석법을 통해 Br 검출을 수행하였다. 장비는 Mitsubishi anal. AQF-2100H (Comb.), Thermo Scientific ICS-1100 (IC)를 사용하였으며, 컬럼은 IonPac AS19 analytical (4*250 mm), 이동상 45mM KOH / Dionex EGC (Eluent Generator Cartridge) Ⅲ KOH 조건으로 측정하였다. 측정결과는 도 24에 나타냈다.Next, Br detection was performed through CIC (Combustion Ion Chromatography) analysis. The equipment is Mitsubishi anal. AQF-2100H (Comb.), Thermo Scientific ICS-1100 (IC) were used, and the column was measured under IonPac AS19 analytical (4*250 mm), mobile phase 45 mM KOH / Dionex EGC (Eluent Generator Cartridge) Ⅲ KOH conditions. The measurement results are shown in FIG. 24 .

<유-무기계 복합 난연제를 적용한 인공피혁의 친환경성 평가><Evaluation of eco-friendliness of artificial leather with organic-inorganic composite flame retardant>

복합 난연제 25파트를 무용제 바인더 층에 적용하고, 함침수지에 20파트의 복합 난연제 혼합 후, 함침한 원단이 적용된 인공피혁 시편을 대상으로 규제 유해물질 및 할로겐 원소 분석을 수행하였다. 시험분석법은 할로겐원소 분석을 위하여는 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer)를 사용하고, 규제 유해물질 분석을 위하여는 Combustion-Ion Chromatography(연소이온크로마토그래피)를 사용하였다. 분석결과는 하기 표 21에 나타냈다.After 25 parts of the composite flame retardant was applied to the solvent-free binder layer, 20 parts of the composite flame retardant was mixed with the impregnated resin, and the artificial leather specimen to which the impregnated fabric was applied was analyzed for regulated hazardous substances and halogen elements. For the analysis method, ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer) was used for the analysis of halogen elements, and Combustion-Ion Chromatography was used for the analysis of regulated hazardous substances. The analysis results are shown in Table 21 below.

시험법test method 원소element 측정결과( mg/kg )Measurement result ( mg/kg ) LOQ( mg/kg )LOQ (mg/kg) ICPICP AsAs LOQ 이하Below LOQ 0.010.01 HgHg LOQ 이하Below LOQ 0.010.01 SbSb 3232 0.10.1 PbPb LOQ 이하Below LOQ 0.020.02 CoCo LOQ 이하Below LOQ 0.050.05 CdCD LOQ 이하Below LOQ 0.050.05 NiNi LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 CrCr LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 Cr(Ⅵ)Cr(VI) LOQ 이하Below LOQ 0.50.5 CuCu LOQ 이하Below LOQ 0.10.1 C-ICC-IC ClCl LOQ 이하Below LOQ 0.50.5 BrBr LOQ 이하Below LOQ 0.50.5

표 21을 참조하면, 할로겐원소는 검출되지 않았으며, 규제 유해물질 분석결과 Sb(안티몬) 외에 모두 미검출되는 것으로 나타나다. Sb 원소 검출량은 32mg/kg 였다. Sb 원소는 난연제 성분에서 검출된 것이 아니라 인공피혁의 기재로 사용되는 폴리에스테르 원단에서 검출된 성분이며, 에코텍스 100에서의 Sb 규제 한계가 폴리에스테르 섬유의 경우 300mg/kg 인 점을 고려하면, 안전한 제품임을 확인할 수 있었다.Referring to Table 21, halogen elements were not detected, and as a result of analysis of regulated hazardous substances, it appears that all but Sb (antimony) were not detected. The amount of Sb element detected was 32 mg/kg. Sb element is not detected in the flame retardant component, but is detected in the polyester fabric used as the base material for artificial leather. Considering that the Sb regulation limit in Ecotex 100 is 300 mg/kg for polyester fiber, it is safe product was confirmed.

본 발명의 일 측면에 따라 제조된 유-무기 복합 난연제는 난연성 및 물성이 우수하고, 규제물질이 검출되지 않아 친환경적이고 안전한 난연제인 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the organic-inorganic composite flame retardant prepared according to one aspect of the present invention is an environmentally friendly and safe flame retardant because it has excellent flame retardancy and physical properties, and no regulated substances are detected.

Claims (13)

인-질소계 난연제 및 세라믹계 난연제를 각각 준비하는 난연제 준비단계;
상기 세라믹계 난연제를 실란계 화합물로 표면처리하는 표면처리단계; 및
실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 및 상기 인-질소계 난연제를 혼합하여 복합화하는 복합화단계;를 포함하는, 복합 난연제의 제조방법.
A flame retardant preparation step of preparing a phosphorus-nitrogen-based flame retardant and a ceramic-based flame retardant, respectively;
a surface treatment step of surface-treating the ceramic-based flame retardant with a silane-based compound; and
A method for producing a composite flame retardant comprising a; a complexing step of mixing the ceramic-based flame retardant surface-treated with a silane-based compound and the phosphorus-nitrogen-based flame retardant.
제1항에 있어서,
상기 복합화단계에서 실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 및 상기 인-질소계 난연제는 1:4 내지 8의 중량비로 혼합되는, 복합 난연제의 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing a composite flame retardant, wherein the ceramic-based flame retardant surface-treated with a silane-based compound and the phosphorus-nitrogen-based flame retardant are mixed in a weight ratio of 1:4 to 8 in the complexing step.
제1항에 있어서,
상기 인-질소계 난연제는,
친수성 용매에 비스 고리형 인산염(bis-cyclic phosphate), 산화염화인(POCl3) 및 촉매를 첨가하여 반응시키는 제 1단계;
질소화합물을 첨가하고 반응시켜 비스형 난연제를 합성하는 제 2단계;
상기 제 2단계에서 합성된 비스형 난연제를 미립화하는 제 3단계; 및
상기 제 3단계에서 미립화된 비스형 난연제를 수용성 용매로 세척하는 제 4단계를 포함하는 제조방법으로 제조된 것인, 복합 난연제의 제조방법.
According to claim 1,
The phosphorus-nitrogen-based flame retardant,
A first step of reacting by adding bis-cyclic phosphate, phosphorus oxide chloride (POCl 3 ) and a catalyst to a hydrophilic solvent;
a second step of synthesizing a bis-type flame retardant by adding and reacting a nitrogen compound;
a third step of atomizing the bis-type flame retardant synthesized in the second step; and
The method for manufacturing a composite flame retardant, which is prepared by a manufacturing method comprising a fourth step of washing the bis-type flame retardant atomized in the third step with a water-soluble solvent.
친수성 용매에 비스 고리형 인산염(bis-cyclic phosphate), 산화염화인(POCl3) 및 촉매를 첨가하여 반응시키는 제 1단계;
질소화합물을 첨가하고 반응시켜 비스형 난연제를 합성하는 제 2단계;
실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 슬러리로 용매치환하여 복합화하는 제 3단계; 및
수용성 용매로 세척하는 제 4단계;를 포함하는, 복합 난연제의 제조방법.
A first step of reacting by adding bis-cyclic phosphate, phosphorus oxide chloride (POCl 3 ) and a catalyst to a hydrophilic solvent;
a second step of synthesizing a bis-type flame retardant by adding and reacting a nitrogen compound;
A third step of complexing by solvent replacement with a ceramic-based flame retardant slurry surface-treated with a silane-based compound; and
A fourth step of washing with a water-soluble solvent; comprising, a method for producing a composite flame retardant.
제4항에 있어서,
상기 제 3단계 및 상기 제 4단계 사이에 미립화하는 단계;가 더 수행되는, 복합 난연제의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The third step and the step of atomizing between the fourth step; is further performed, the method for producing a composite flame retardant.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 비스 고리형 인산염은 네오펜틸글리콜, 에틸부틸글리콜 또는 그의 혼합물인, 복합 난연제의 제조방법.
5. The method of claim 3 or 4,
The biscyclic phosphate is neopentyl glycol, ethylbutyl glycol, or a mixture thereof, a method for producing a composite flame retardant.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 촉매는 무수염화마그네슘(anhydride MgCl2) 또는 무수염화알루미늄(anhydride AlCl3)인, 복합 난연제의 제조방법.
5. The method of claim 3 or 4,
The catalyst is anhydrous magnesium chloride (anhydride MgCl 2 ) or anhydrous aluminum chloride (anhydride AlCl 3 ).
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제 1단계는 친수성 용매에 비스 고리형 인산염 및 촉매를 먼저 첨가하고 45 내지 55℃에서 교반하면서 산화염화인을 1 내지 2시간동안 적하하여 첨가한 후 70 내지 80℃로 승온하여 2 내지 4시간 동안 숙성시켜 수행되는, 복합 난연제의 제조방법.
5. The method of claim 3 or 4,
In the first step, a biscyclic phosphate salt and a catalyst are first added to a hydrophilic solvent, and phosphorus oxide chloride is added dropwise for 1 to 2 hours while stirring at 45 to 55° C., and then the temperature is raised to 70 to 80° C. for 2 to 4 hours. A method for producing a composite flame retardant, which is carried out by aging.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 촉매는 상기 비스 고리형 인산 1몰을 기준으로 0.05 내지 0.2몰의 함량으로 첨가되는, 복합 난연제의 제조방법.
5. The method of claim 3 or 4,
The catalyst is added in an amount of 0.05 to 0.2 moles based on 1 mole of the biscyclic phosphoric acid, the method for producing a composite flame retardant.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제 2단계는 20 내지 30℃에서 4 내지 6시간 동안 수행되는, 복합 난연제의 제조방법.
5. The method of claim 3 or 4,
The second step is carried out at 20 to 30 ℃ for 4 to 6 hours, the method for producing a composite flame retardant.
제 4항에 있어서,
상기 제 3단계에서 실란계 화합물로 표면처리된 세라믹계 난연제 및 비스형 난연제는 1:4 내지 8의 중량비로 혼합되는, 복합 난연제의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The method for producing a composite flame retardant, wherein the ceramic-based flame retardant and the bis-type flame retardant surface-treated with the silane-based compound in the third step are mixed in a weight ratio of 1:4 to 8.
Zn계, Al계, Sn-Cu계, Mg계 및 Si계 세라믹으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 세라믹을 준비하는 제 1단계;
졸-겔법 또는 전기폭발법으로 입자 크기가 조절된 세라믹계 난연제를 합성하는 제 2단계; 및
실란계 화합물로 표면처리하는 제 3단계;를 포함하되,
상기 제 2단계에서 물, 과산화수소, 1,4-다이옥산(1,4-Dioxane), 에탄올, IPA, MEK 및 DMF로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 용매가 사용되고, 분산제가 첨가되는, 표면 처리된 세라믹계 난연제의 제조방법.
A first step of preparing a ceramic containing at least one selected from the group consisting of Zn-based, Al-based, Sn-Cu-based, Mg-based and Si-based ceramics;
a second step of synthesizing a ceramic flame retardant whose particle size is controlled by a sol-gel method or an electric explosion method; and
A third step of surface treatment with a silane-based compound; including,
In the second step, a solvent containing at least one selected from the group consisting of water, hydrogen peroxide, 1,4-dioxane, ethanol, IPA, MEK and DMF is used, and a dispersant is added, the surface A method for producing a treated ceramic-based flame retardant.
제12항에 있어서,
상기 실란계 화합물은 비닐(vinyl), 에폭시(epoxy), 스타이릴(styryl), 메타크릴록시(methacryloxy), 아크릴록시(acryloxy), 아미노(amino), 우레이드(ureide), 머캅토(mercapto) 및 이소시아네이트(isocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는, 표면 처리된 세라믹계 난연제의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The silane-based compound is vinyl (vinyl), epoxy (epoxy), styryl (styryl), methacryloxy (methacryloxy), acryloxy (acryloxy), amino (amino), ureide (ureide), mercapto (mercapto) and at least one functional group selected from the group consisting of isocyanate.
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