KR102459069B1 - 투명한 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

난연성 나노페이퍼의 제조 방법이 제공된다. 상기 난연성 나노페이퍼의 제조 방법은, 다공성 베이스 기재를 준비하는 단계, 양전하를 갖는 제1 소스 용액 및 음전하를 갖는 제2 소스 용액을 준비하는 단계, 및 상기 베이스 기재 상에, 상기 제1 소스 용액 및 상기 제2 소스 용액을 교대로 제공하여, 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

투명한 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법 {Highly transparent flame retardant nanopaper and its manufacturing method}
본 발명은 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다공성 베이스 기재를 이용한 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
난연 섬유소재란 섬유 제품이 불꽃에 접촉하고 있을 때는 타지만 불꽃을 제거하면 스스로 불꽃을 내면서 연소하는 것을 방지 또는 억제하도록 하는 섬유소재를 말한다. 즉, 섬유 자체가 타지 않도록 하는 것이 아니라 화재의 전파 능력을 상실하게 하는 섬유를 말하며 난연 대신 방염, 방화, 방연 등의 용어를 사용하기도 한다.
전 세계적으로 경제가 발달하고 삶의 질이 높아지고, 생명에 대한 인식이 달라짐에 따라 난연 섬유도 이에 맞는 기능과 성능을 갖는 소재와 용도 개발이 요구되고 있다. 요즘은 고정된 건물(호텔, 병원, 노래방 등)과 사람이나 짐을 나르는 운송용(선박, 비행기, 기차, 버스 등) 설비도 대형화되어 화재사고가 발생되면 대형사고가 나므로 인명피해는 물론 화재로 인한 경제적 손실도 매우 크다.
화재는 예방에 대한 대책이 가장 중요하고 이에 따른 시스템을 잘 갖추어도 위험성은 항상 존재한다. 소방법규의 강화 및 확대는 물론 기술적으로 치명적 유독가스가 적은 난연 소재의 연구도 중요하며 다양하게 전개되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0123264(출원번호: 10-2017-0053802, 출원인: 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션)에는, 열가소성 베이스 수지, 난연제 및 선택적인 항산화제를 포함하며, 상기 난연제가 포스핀 옥사이드과 전이 금속 염의 착물 (complex)을 포함하는 난연성 열가소성 물질이 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0123264
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 난연 특성이 향상된 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 절감된 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 단순화된 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 투명성 및 난연 특성을 동시에 갖는 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 난연성 나노페이퍼의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 난연성 나노페이퍼의 제조 방법은, 다공성 베이스 기재를 준비하는 단계, 양전하를 갖는 제1 소스 용액 및 음전하를 갖는 제2 소스 용액을 준비하는 단계, 및 상기 베이스 기재 상에, 상기 제1 소스 용액 및 상기 제2 소스 용액을 교대로 제공하여, 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막을 형성하는 단계 및 상기 제2 물질막을 형성하는 단계는 단위 공정(unit process)으로 정의되고, 상기 단위 공정은 복수회 반복 수행되어, 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막은 교대로 그리고 반복적으로 적층되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단위 공정의 반복 수행 횟수가 증가함에 따라, 난연성 나노페이퍼의 난연 특성이 향상되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 용액은 발포제를 포함하고, 상기 제2 소스 용액은 차르(Char) 형성 보조제를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발포제는, BPEI(branched polyethylenimine), chitosan, alumina coated silica, Urea solution, 및 Poly(dimethyldiallyl ammonium chloride) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 차르 형성 보조제는, PVPA(polyvinylphosphonic acid), MMT(sodium montmorillonite), kaolin powder(clay), TNT(titanate nanotube), Alginate solution, silica colloidal nanoparticle, Phosphorus pentoxide, 및 Sodium polystyrene sulfonate 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기재를 준비하는 단계는, 셀룰로오스 및 용매가 혼합된 베이스 용액을 준비하는 단계, 및 필터에 상기 베이스 용액을 여과시켜, 상기 필터 상에 상기 셀룰로오스는 잔존시키고 상기 용매는 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 용액을 준비하는 단계는, 상기 셀룰로오스 및 상기 용매에, 촉매가 더 혼합되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 촉매는, TEMPO(2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 난연성 나노페이퍼를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 난연성 나노페이퍼는 다공성 베이스 기재, 및 상기 베이스 기재 상에 배치되고, 발포제를 포함하는 제1 물질막 및 차르(Char) 형성 보조제를 포함하는 제2 물질막이 적층된 난연 코팅층을 포함하되, 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막은 서로 다른 전하를 띠는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막은 양전하를 띠고 상기 제2 물질막은 음전하를 띠되, 상기 제1 물질막이 상기 베이스 기재 및 상기 제2 물질막 사이에 배치되어, 상기 제1 물질막이 상기 베이스 기재와 접촉하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 난연 코팅층은, 교대로 그리고 반복적으로 적층된 복수의 상기 제1 물질막 및 복수의 상기 제2 물질막을 포함하되, 상기 난연 코팅층의 최상부는 상기 제2 물질막으로 구성되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난연성 나노페이퍼의 제조 방법은 다공성 베이스 기재를 준비하는 단계, 양전하를 갖고 발포제를 포함하는 제1 소스 용액 및 음전하를 갖고 차르 형성 보조제를 포함하는 제2 소스 용액을 준비하는 단계, 및 상기 베이스 기재 상에, 상기 제1 소스 용액 및 상기 제2 소스 용액을 교대로 제공하여, 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 차르 형성 보조제를 통해 차르의 형성 효율이 향상되고, 상기 발포제를 통해 차르 내에 기공이 형성되므로, 난연 특성이 향상된 난연성 나노페이퍼가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막이 레이어 적층법(Layer-by-Layer, LBL)으로 형성됨에 따라, 상대적으로 적은 양의 소스로 난연성이 우수한 코팅층이 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 난연성 나노페이퍼의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 난연성 나노페이퍼의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 난연성 나노페이퍼를 나타내는 도면이다.
도 4는 BPEI 발포제의 구조를 나타내는 화학식이다.
도 5는 PVPA 차르 형성 보조제의 구조를 나타내는 화학식이다.
도 6은 셀룰로오스의 TEMPO 처리 반응식의 도식도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 1에 따른 난연성 나노페이퍼를 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼를 촬영한 사진이다.
도 9는 셀룰로오스 나노 파이버와 TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버를 비교한 사진이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 난연성 나노페이퍼의 난연 특성을 촬영한 사진들이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼를 비교하는 사진이다.
도 17은 셀룰로오스 나노 파이버와 TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버의 구조를 비교하는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시 예 1에 따른 난연성 나노페이퍼의 HRR 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 HRR 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22 내지 도 25는 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA-Mass 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 26은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 FT-IR 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 난연성 나노페이퍼의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 난연성 나노페이퍼의 제조 공정을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 난연성 나노페이퍼를 나타내는 도면이고, 도 4는 BPEI 발포제의 구조를 나타내는 화학식이고, 도 5는 PVPA 차르 형성 보조제의 구조를 나타내는 화학식이고, 도 6은 셀룰로오스의 TEMPO 처리 반응식의 도식도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 다공성 베이스 기재(100)가 준비된다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기재(100)를 준비하는 단계는, 셀룰로오스(cellulose) 및 용매가 혼합된 베이스 용액(10)을 준비하는 단계, 및 필터에 상기 베이스 용액(10)을 여과시켜, 상기 필터 상에 상기 셀룰로오스는 잔존시키고 상기 용매는 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 증류수일 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기재(100)를 준비하는 단계는, 셀룰로오스(cellulose), 용매, 및 촉매가 혼합된 베이스 용액(10)을 준비하는 단계, 및 필터에 상기 베이스 용액(10)을 여과시켜, 상기 필터 상에 상기 셀룰로오스는 잔존시키고 상기 용매는 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매는 TEMPO((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 증류수 100 ml와 TEMPO 0.016g, 및 브롬화나트륨(NaBr) 0.1g을 혼합한 용액에 셀룰로오스 1g을 혼합하고 교반할 수 있다. 이후, 교반된 용액에 차아염소산나트륨(NaClO) 수용액 3.1g을 혼합하고 0.5몰의 NaOH를 첨가하여 pH를 10으로 맞추고 상온에서 500 rpm의 속도로 2시간 동안 교반할 수 있다. 최종적으로, 호모게나이저를 사용하여 상온에서 15000 rpm의 속도로 2분 교반한 후, 팁 소닉을 이용하여 6분 동안 초음파 처리하여, 상기 베이스 용액을 제조할 수 있다.
상기 셀룰로오스 및 상기 촉매(예를 들어, TEMPO)가 혼합되는 경우, 상기 셀룰로오스 및 상기 촉매(예를 들어, TEMPO)는 도 6에 도시된 바와 같이 반응될 수 있다. 상기 촉매와 반응된 상기 셀룰로오스는 COO-와 Na+ 이온의 산화 속도가 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 촉매와 반응된 상기 셀룰로오스는 불연 가스인 CO2를 용이하게 생성할 수 있다. 이로 인해, 상기 촉매와 반응되지 않은 상태의 셀룰로오스를 통해 형성된 상기 베이스 기재(100)와 비교하여, 상기 촉매와 반응된 상기 셀룰로오스를 통해 형성된 상기 베이스 기재(100)는 난연성이 향상될 수 있다.
상기 베이스 기재(100) 상에 제1 물질막(210) 및 제2 물질막(220)이 적층된 난연 코팅층(200)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 투명한 난연성 나노페이퍼가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 난연 코팅층(200) 형성 단계는, 상기 베이스 기재(100) 상에 양전하를 띠는 제1 소스 용액(20)을 제공하여 제1 물질막(210)을 형성하는 단계(S200), 및 상기 제1 물질막(210) 상에 음전하를 띠는 제2 소스 용액(30)을 제공하여 제2 물질막(220)을 형성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 난연 코팅층(200)은, 서로 다른 전하(charge)를 띠는 상기 제1 소스 용액(20) 및 제2 소스 용액(30)을 교대로 적층하는 레이어 적층법(Layer-by-Layer, LBL)으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 용액(20)은 양전하를 갖는 발포제 및 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는, BPEI(branched polyethylenimine), chitosan, alumina coated silica, Urea solution, 및 Poly(dimethyldiallyl ammonium chloride) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 증류수를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(210)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기재(100)를 통해 상기 제1 소스 용액(20)을 여과시키는 방법으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 베이스 기재(100) 상에 상기 제1 소스 용액(20)이 제공되는 경우, 베이스 기재(100)를 통해 상기 용매가 여과될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재(100) 상에 상기 발포제가 잔존되어, 상기 제1 물질막(210)이 형성될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(210)은 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating) 등의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제1 물질막(210)의 형성 방법은 제한되지 않는다.
상기 발포제는, 저분자량의 화합물을 배출할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 소스 용액(20)을 통해 형성된 상기 제1 물질막(210)은, 차르(Char)에 기공을 형성함으로써 상기 투명한 난연성 나노페이퍼의 난연 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 소스 용액(30)은 음전하를 갖는 차르(Char) 형성 보조제 및 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 차르 형성 보조제는 PVPA(polyvinylphosphonic acid), MMT(sodium montmorillonite), kaolin powder(clay), TNT(titanate nanotube), Alginate solution, silica colloidal nanoparticle, Phosphorus pentoxide, 및 Sodium polystyrene sulfonate 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 용매는 증류수를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 물질막(220)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 물질막(210)이 형성된 상기 베이스 기재(100)를 통해 상기 제2 소스 용액(30)을 여과시키는 방법으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 물질막(210)이 형성된 상기 베이스 기재(100) 상에 상기 제2 소스 용액(30)이 제공되는 경우, 상기 제1 물질막(210)이 형성된 베이스 기재(100)를 통해 상기 용매가 여과될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 물질막(210) 상에 상기 차르 형성 보조제가 잔존되어, 상기 제2 물질막(220)이 형성될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 물질막(220)은 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating) 등의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제2 물질막(220)의 형성 방법은 제한되지 않는다.
상기 차르 형성 보조제는, 차르 형성(Char formation)을 유도할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 소스 용액(30)을 통해 형성된 상기 제2 물질막(220)은, 차르(Char) 형성율을 향상시킴으로써 상기 투명한 난연성 나노페이퍼의 난연 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 물질막(210)을 형성하는 단계, 및 상기 제2 물질막(220)을 형성하는 단계는 단위 공정(unit process)으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 단위 공정은 복수회 반복 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재(100) 상에 복수의 상기 난연 코팅층(200)이 적층될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단위 공정의 반복 수행 횟수를 제어함에 따라, 상기 투명한 난연성 나노페이퍼의 난연 특성이 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 단위 공정의 반복 수행 횟수가 증가함에 따라, 상기 투명한 난연성 나노페이퍼의 난연 특성이 향상될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 단위 공정이 복수회 반복 수행되는 경우, 일 변형 예에 따르면, 상기 단위 공정의 반복 수행 횟수가 증가될수록, 상기 제1 소스 용액(20) 및 상기 제2 소스 용액(30)을 여과시키는 진공 압력이 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 단위 공정의 반복 수행 횟수가 증가하더라도, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)이 용이하게 형성될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 용액(20) 및 상기 제2 소스 용액(30)을 상기 베이스 기재(100) 상에 제공하는 용량에 따라서, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)의 두께가 제어될 수 있다. 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)의 두께가 제어되어, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 투명한 난연성 나노페이퍼의 발포율 및 차르 형성율이 제어될 수 있다. 이에 따라, 다양한 어플리케이션에 따라 적응적으로 최적화된 투명한 난연성 나노페이퍼가 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(210)은 상기 베이스 기재(100) 및 상기 제2 물질막(220) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 난연 코팅층(200)의 신뢰성이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 베이스 기재(100)가 포함하는 상기 셀룰로오스는 음전하를 띨 수 있다. 이에 따라, 양전하를 띠는 상기 제1 소스 용액(20)을 상기 베이스 기재(100) 상에 제공함으로써, 상기 베이스 기재(100)와 상기 제1 물질막(210) 사이의 접착력이 향상되어, 상기 난연 코팅층(200)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 복수의 상기 난연 코팅층(200)의 최상단에는 상기 제2 물질막(220)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 투명한 난연성 나노페이퍼의 난연 특성이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로, 화재의 상황에서 상기 제1 물질막(210) 보다 상기 제2 물질막(220)이 먼저 노출됨으로써, 차르(Char)가 보다 효과적으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 제1 물질막(210)을 통해 차르에 기공이 형성되므로, 차르 형성 및 차르 내 기공 형성이 순차적으로 이루어져, 투명한 난연성 나노페이퍼의 난연 특성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼의 제조 방법은 상기 다공성 베이스 기재(100)를 준비하는 단계, 양전하를 갖고 발포제를 포함하는 상기 제1 소스 용액(20) 및 음전하를 갖고 차르 형성 보조제를 포함하는 상기 제2 소스 용액(30)을 준비하는 단계, 및 상기 베이스 기재(100) 상에, 상기 제1 소스 용액(20) 및 상기 제2 소스 용액(30)을 교대로 제공하여, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)을 교대로 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 차르 형성 보조제를 통해 차르의 형성 효율이 향상되고, 상기 발포제를 통해 차르 내에 기공이 형성되므로, 난연 특성이 향상된 투명한 난연성 나노페이퍼가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)이 레이어 적층법(Layer-by-Layer, LBL)으로 형성됨에 따라, 상대적으로 적은 양의 소스로 난연성이 우수한 코팅층이 형성될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1-1에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
0.1 wt% 농도의 셀룰로오스 나노 섬유(CNF)를 여과시켜, 실시 예 1-1에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 1-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
0.1 wt% 농도의 셀룰로오스 나노 섬유(CNF), 0.1 wt% 농도의 BPEI(branched polyethylenimine), 및 0.1 wt% 농도의 PVPA(polyvinylphosphonic acid)를 순차적으로 여과시켜, 실시 예 1-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 1-3에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 1-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 3번 반복 수행하여, 실시 예 1-3에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 1-4에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 1-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 5번 반복 수행하여, 실시 예 1-4에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 1-5에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 1-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 7번 반복 수행하여, 실시 예 1-5에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 1-6에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 1-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 9번 반복 수행하여, 실시 예 1-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
상기 실시 예 1-1 내지 1-6에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼의 구조가 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.
구분 베이스 기재 난연성 코팅층 수
(BPEI/PVPA)
실시 예 1-1 셀룰로오스 나노 섬유(CNF) 0
실시 예 1-2 셀룰로오스 나노 섬유(CNF) 1
실시 예 1-3 셀룰로오스 나노 섬유(CNF) 3
실시 예 1-4 셀룰로오스 나노 섬유(CNF) 5
실시 예 1-5 셀룰로오스 나노 섬유(CNF) 7
실시 예 1-6 셀룰로오스 나노 섬유(CNF) 9
실시 예 2-1에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
증류수 100 ml와 TEMPO((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl) 0.016g, 및 브롬화나트륨(NaBr) 0.1g을 혼합한 용액에 셀룰로오스 나노 섬유 1g을 혼합하고 교반하였다. 이후, 교반된 용액에 차아염소산나트륨(NaClO) 수용액 3.1g을 혼합하고 0.5몰의 NaOH를 첨가하여 pH를 10으로 맞추고 상온에서 500 rpm의 속도로 2시간 동안 교반하였다. 최종적으로, 호모게나이저를 사용하여 상온에서 15000 rpm의 속도로 2분 교반한 후, 팁 소닉을 이용하여 6분 동안 초음파 처리하여, TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF)를 제조하고, 이를 여과시켜 실시 예 2-1에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 2-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 2-1에 따른 TEMP 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF) 0.1 wt%, BPEI(branched polyethylenimine) 0.1 wt%, 및 PVPA(polyvinylphosphonic acid) 0.1 wt%를 순차적으로 여과시켜, 실시 예 2-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 2-3에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 2-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 3번 반복 수행하여, 실시 예 2-3에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 2-4에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 2-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 5번 반복 수행하여, 실시 예 2-4에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 2-5에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 2-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 7번 반복 수행하여, 실시 예 2-5에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
실시 예 2-6에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼 제조
상술된 실시 예 2-2에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하되, BPEI 및 PVPA 여과 공정을 9번 반복 수행하여, 실시 예 2-6에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼를 제조하였다.
상기 실시 예 2-1 내지 2-6에 따른 투명한 난연성 나노페이퍼의 구조가 아래의 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 베이스 기재 난연성 코팅층 수
(BPEI/PVPA)
실시 예 2-1 TEMP 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF) 0
실시 예 2-2 TEMP 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF) 1
실시 예 2-3 TEMP 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF) 3
실시 예 2-4 TEMP 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF) 5
실시 예 2-5 TEMP 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF) 7
실시 예 2-6 TEMP 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(TOCNF) 9
도 7은 본 발명의 실시 예 1에 따른 난연성 나노페이퍼를 촬영한 사진이고, 도 8은 본 발명의 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼를 촬영한 사진이다.
도 7의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 상기 실시 예 1-1 내지 1-7에 따른 난연성 나노페이퍼를 촬영하여 나타내었고, 도 8의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 상기 실시 예 2-1 내지 2-7에 따른 난연성 나노페이퍼를 촬영하여 나타내었다.
도 7 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 난연성 코팅층의 수가 증가함에 따른 투명성의 감소는 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한 TEMPO 처리한 셀룰로오스 나노 섬유를 이용한 난연성 나노페이퍼의 경우에도 투명성의 감소는 없었으며, 난연성 코팅층의 수에 따른 두께는 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 9는 셀룰로오스 나노 파이버와 TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버를 비교한 사진이다.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 셀룰로오스 나노 파이버를 FE-SEM 촬영하여 도 9의 (a)에 나타내었고, 실시 예 2-1에 따른 방법으로 TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버를 FE-SEM 촬영하여 나타내었다.
도 9의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 셀룰로오스 나노 파이버의 경우, 마이크로 사이즈의 섬유가 많이 발견되었지만, 도 9의 (b)에서 확인할 수 있듯이, TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버의 경우, 초음파 처리 및 호모게나이저를 이용하여 물리적으로 분산됨에 따라, 마이크로 사이즈의 나노 파이버가 거의 발견되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 난연성 나노페이퍼의 난연 특성을 촬영한 사진들이다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1-2에 따른 난연성 나노페이퍼를 1초 동안 연소시킨 후, 연소되기 전 상태(a)와 연소된 후 상태(b)를 각각 촬영하여 나타내었다. 도 10의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 난연성 코팅층이 없는 상기 실시 예 1-2에 따른 난연성 나노페이퍼는 연소 후 차르(Char)가 거의 남지 않았음을 확인할 수 있었다.
도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1-3에 따른 난연성 나노페이퍼를 1초 동안 연소시킨 후, 연소되기 전 상태(a)와 연소된 후 상태(b)를 각각 촬영하여 나타내었다. 도 11의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1-3에 따른 난연성 나노페이퍼는, 상기 실시 예 1-2에 따른 난연성 나노페이퍼와 비교하여 연소후 남아있는 차르(Char)의 양이 현저하게 증가된 것을 확인할 수 있었다.
도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1-4에 따른 난연성 나노페이퍼를 1초 동안 연소시킨 후, 연소되기 전 상태(a)와 연소된 후 상태(b)를 각각 촬영하여 나타내었고, 도 13의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1-5에 따른 난연성 나노페이퍼를 1초 동안 연소시킨 후, 연소되기 전 상태(a)와 연소된 후 상태(b)를 각각 촬영하여 나타내었고, 도 14의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1-6에 따른 난연성 나노페이퍼를 1초 동안 연소시킨 후, 연소되기 전 상태(a)와 연소된 후 상태(b)를 각각 촬영하여 나타내었다.
도 12 내지 도 14에서 확인할 수 있듯이, 난연성 코팅층의 수가 증가할수록 탄화면적이 현저하게 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 난연성 코팅층의 수가 3개 이상 코팅된 상기 실시 예 1-3 내지 1-6에 따른 난연성 나노페이퍼의 경우 착화되고 난 후 스스로 불이 꺼지는 사소성을 나타내었으며, 난연성 코팅층의 수가 9개 코팅된 상기 실시 예 1-6에 따른 난연성 나노페이퍼의 경우 화염의 크기가 상대적으로 작으며 비교적 빨리 사라지는 거동이 관찰되었다. 결과적으로, 난연성 코팅층의 수가 증가할수록 난연성이 향상되는 것을 알 수 있었다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼를 비교하는 사진이다.
도 15의 (a) 내지 (c)는 상기 실시 예 1-1, 1-2, 및 1-6에 따른 난연성 나노페이퍼를 연소시킨 후 FE-SEM 촬영한 사진이고, 도 16의 (a) 내지 (c)는 상기 실시 예 2-1, 2-2 및 2-6에 따른 난연성 나노페이퍼를 연소시킨 후 FE-SEM 촬영한 사진이다.
도 15의 (a) 및 도 16의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1-1 및 실시 예 2-1에 따른 난연성 나노페이퍼는, 연소된 후 잔여물이 거의 남지 않고, 셀룰로오스 소재의 형태를 유지하지 못하며 파우더(powder) 형태를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이와 달리, 도 15의 (b) 및 도 16의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1-2 및 실시 예 2-2에 따른 난연성 나노페이퍼는 연소된 후에도 셀룰로오스 소재의 형태를 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 15의 (c) 및 도 16의 (c)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1-3 및 실시 예 2-3에 따른 난연성 나노페이퍼는 연소된 후 여전히 시트 형태를 유지하고 있으며, BPEI와 PVPA의 연소에 의하여 표면에 기포가 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
도 17은 셀룰로오스 나노 파이버와 TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버의 구조를 비교하는 그래프이다.
도 17을 참조하면, 셀룰로오스 나노 파이버(CNF) 및 상기 실시 예 2-1에 따른 방법으로 제조된 TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버(TOCNF) 각각에 대해 FT-IR을 측정하여 나타내었다.
도 17에서 확인할 수 있듯이, TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버(TOCNF)는, 셀룰로오스 나노 파이버(CNF)와 비교하여 피크(peak)가 새로 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 보다 구체적으로, TEMPO 처리된 셀룰로오스 나노 파이버(TOCNF)는, 3300, 2800~2900 cm-1 부근에서는 OH와 CH2에 대한 피크(peak)를 찾아볼 수 있고, 1605 cm-1 부근에서는 -COONa의 C=O 결합에 대한 피크(peak)가 확인되었다.
도 18은 본 발명의 실시 예 1에 따른 난연성 나노페이퍼의 HRR 측정 결과를 나타내는 그래프이고, 도 19는 본 발명의 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 HRR 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18을 참조하면, 상기 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-6(CNF0, CNF1, CNF3, CNF5, CNF7, CNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼에 대해 온도(℃)에 따른 HRR(Heat Release Rate W/g)를 측정하여 나타내었고, 도 19를 참조하면, 상기 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6(TOCNF0, TOCNF1, TOCNF3, TOCNF5, TOCNF7, TOCNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼에 대해 온도(℃)에 따른 HRR(Heat Release Rate W/g)를 측정하여 나타내었다.
도 18 및 도 19에서 확인할 수 있듯이, 베이스 기재 상에 난연성 코팅층이 코팅된 난연성 나노페이퍼(실시 예 1-2 내지 1-6, 실시 예 2-1 내지 2-6)의 경우, 베이스 기재 상에 난연성 코팅층이 코팅되지 않은 난연성 나노페이퍼(실시 예 1-1, 실시 예 2-1)와 비교하여 PHRR이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 1개의 난연성 코팅층이 코팅된 난연성 나노페이퍼(실시 예 1-2, 실시 예 2-2)는, 난연성 코팅층이 코팅되지 않은 난연성 나노페이퍼(실시 예 1-1, 실시 예 2-1)와 비교하여 열방출율 피크(peak)가 뜨는 온도가 344.8℃에서 310.5℃로 내려가는 것을 확인할 수 있었다. 난연성 코팅층이 코팅되는 경우, BPEI 및 PVPA가 상대적으로 낮은 온도에서 분해됨에 따라, 열방출율 피크(peak)가 뜨는 온도가 내려가는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 난연성 코팅층이 코팅되지 않은 난연성 나노페이퍼(실시 예 1-1, 실시 예 2-1)의 HRR 그래프를 보았을 때, 날카로운 하나의 피크가 관찰되었고, 이에 따라 셀룰로오스의 열분해가 하나의 단계로 이루어져 있음을 알 수 있다.
반면, 난연성 코팅층이 코팅된 난연성 나노페이퍼(실시 예 1-2 내지 1-6, 실시 예 2-1 내지 2-6)의 열방출율 측정 결과, 300℃ 부근의 주된 피크 외에 450~500℃ 사이에서 새로운 피크가 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, BPEI 및 PVPA의 코팅에 의하여 열분해가 두 단계로 이루어지게 되는 것을 알 수 있었다. 또한, 첫 번째 피크는 셀룰로오스와 함께 BPEI 및 PVPA 코팅이 분해되는 시점이고, 두 번째 피크는 먼저 형성된 잔여물이 분해되면서 열안정성을 가지는 구조로 변하는 분해 거동을 나타내는 것임을 알 수 있다.
이 밖에도, 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 열방출 특성 결과가 아래의 <표 3>을 통해 정리된다.
구분 HR capacity (J/g·k) THR (KJ/g) PHRR (W/g) TPHRR(℃)
실시 예 1-1 142 7.6 141.2 344.8
실시 예 1-2 132 5.1 124.4 310.5
실시 예 1-3 68 3.9 66.3 317.0
실시 예 1-4 90 3.9 82.0 313.3
실시 예 1-5 96 4.2 94.1 302.4
실시 예 1-6 91 5.8 89.7 312.4
실시 예 2-1 126 7.1 124.7 329.0
실시 예 2-2 150 7.1 146.8 333.4
실시 예 2-3 158 6.6 155.0 319.0
실시 예 2-4 123 5.6 121.2 331.9
실시 예 2-5 112 5.7 111.1 326.5
실시 예 2-6 118 6.2 116.8 331.0
<표 3>에서 확인할 수 있듯이, 난연성 코팅층의 수가 증가될수록 난연 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 난연성 코팅층의 수가 증가될수록 PHRR값과 THR값이 감소하는 경향이 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20을 참조하면, 상기 실시 예 1-1(CNF0), 1-2(CNF1), 1-6(CNF9), 실시 예 2-1(TOCNF0), 2-2(TOCNF1), 2-6(TOCNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼에 대해 질소 분위기에서 TGA(Thermogravimetric analysis)를 측정하여 나타내었고, 도 21을 참조하면, 상기 실시 예 1-1(CNF0), 1-2(CNF1), 1-6(CNF9), 실시 예 2-1(TOCNF0), 2-2(TOCNF1), 2-6(TOCNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼에 대해 에어 분위기에서 TGA를 측정하여 나타내었다.
도 20에서 확인할 수 있듯이, 질소 분위기에서 측정된 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼는 300~350℃ 부근에서 셀룰로오스의 열분해로 인한 큰 폭의 질량 감소가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 소재의 열분해 시작 온도는 난연 코팅층의 수가 증가함에 따라 약간 낮아지며, 잔여물의 양은 난연 코팅층의 수가 증가함에 따라 현저하게 늘어나는 것을 확인할 수 있었다.
도 21에서 확인할 수 있듯이, 에어 분위기에서 측정된 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼는 셀룰로오스에 의해 생성된 잔여물이 600℃ 부근에서 좀 더 안정적으로 변경됨에 따라, 열분해가 두 단계로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 22 내지 도 25는 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA-Mass 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1-1(CNF0) 및 실시 예 1-6(CNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA-Mass를 질소 분위기에서 측정하여 나타내었고, 도 23의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 2-1(TOCNF0) 및 실시 예 2-6(TOCNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA-Mass를 질소 분위기에서 측정하여 나타내었다.
도 22 및 도 23에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼가 질소 분위기에서 열분해됨에 따라, CH3CHO, CH2OH 가스가 주로 생성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예 1-6 및 2-6에 따른 난연성 나노페이퍼의 경우, BPEI 및 PVPA의 코팅으로 인해 450℃ 부근에서 피크가 나타나며, PH3 및 NH2OH 가스가 생성되는 것을 확인할 수 있었다.
도 24의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1-1(CNF0) 및 실시 예 1-6(CNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA-Mass를 에어 분위기에서 측정하여 나타내었고, 도 25의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 2-1(TOCNF0) 및 실시 예 2-6(TOCNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼의 TGA-Mass를 에어 분위기에서 측정하여 나타내었다.
도 24 및 도 25에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1-1 및 실시 예 2-1에 따른 난연성 나노페이퍼가 에어 분위기에서 열분해되는 경우 두 개의 피크가 나타났으며, 실시 예 1-6 및 실시 예 2-6에 따른 난연성 나노페이퍼가 에어 분위기에서 열분해되는 경우 세 개의 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 질소 분위기에서 나타나는 피크와 달리 800℃에서 나타나는 것인데, 이로 인해 CO2 가스가 발생되는 것을 알 수 있다.
도 26은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼의 FT-IR 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 26의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-6(CNF0, CNF1, CNF3, CNF5, CNF7, CNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼를 연소시킨 후, FT-IR 측정 결과를 나타내었고, 도 26의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 2-1 내지 실시 예 2-6(TOCNF0, TOCNF1, TOCNF3, TOCNF5, TOCNF7, TOCNF9)에 따른 난연성 나노페이퍼를 연소시킨 후, FT-IR 측정 결과를 나타내었다.
도 26에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 난연성 나노페이퍼를 연소시킨 경우, 3300~3400 cm-1에서는 NH2 결합 또는 O-H 결합을 확인할 수 있고 1600 cm-1 부근에서는 BPEI로 인한 N-H 결합과 차르 형성으로 인한 C=C 결합을 확인할 수 있었다. 또한, 1253cm-1, 1270cm-1, 756cm-1, 및 762cm-1에서는 P=O 결합과 P-O 결합을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 베이스 용액
20: 제1 소스 용액
30: 제2 소스 용액
100: 베이스 기재
200: 난연 코팅층
210: 제1 물질막
220: 제2 물질막

Claims (12)

  1. 다공성 베이스 기재를 준비하는 단계;
    양전하를 갖는 제1 소스 용액 및 음전하를 갖는 제2 소스 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 베이스 기재 상에, 상기 제1 소스 용액 및 상기 제2 소스 용액을 교대로 제공하여, 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로 적층하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 소스 용액은 발포제를 포함하고, 상기 제2 소스 용액은 차르(Char) 형성 보조제를 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 물질막을 형성하는 단계 및 상기 제2 물질막을 형성하는 단계는 단위 공정(unit process)으로 정의되고,
    상기 단위 공정은 복수회 반복 수행되어, 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막은 교대로 그리고 반복적으로 적층되는 것을 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 단위 공정의 반복 수행 횟수가 증가함에 따라, 난연성 나노페이퍼의 난연 특성이 향상되는 것을 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 발포제는, BPEI(branched polyethylenimine), chitosan, alumina coated silica, Urea solution, 및 Poly(dimethyldiallyl ammonium chloride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 차르 형성 보조제는, PVPA(polyvinylphosphonic acid), MMT(sodium montmorillonite), kaolin powder(clay), TNT(titanate nanotube), Alginate solution, silica colloidal nanoparticle, Phosphorus pentoxide, 및 Sodium polystyrene sulfonate 중 적어도 어느 하나를 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기재를 준비하는 단계는,
    셀룰로오스 및 용매가 혼합된 베이스 용액을 준비하는 단계; 및
    필터에 상기 베이스 용액을 여과시켜, 상기 필터 상에 상기 셀룰로오스는 잔존시키고 상기 용매는 제거하는 단계를 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  8. 다공성 베이스 기재를 준비하는 단계;
    양전하를 갖는 제1 소스 용액 및 음전하를 갖는 제2 소스 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 베이스 기재 상에, 상기 제1 소스 용액 및 상기 제2 소스 용액을 교대로 제공하여, 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로 적층하는 단계를 포함하되,
    상기 베이스 기재를 준비하는 단계는,
    셀룰로오스 및 용매가 혼합된 베이스 용액을 준비하는 단계; 및
    필터에 상기 베이스 용액을 여과시켜, 상기 필터 상에 상기 셀룰로오스는 잔존시키고 상기 용매는 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 베이스 용액을 준비하는 단계는,
    상기 셀룰로오스 및 상기 용매에, 촉매가 더 혼합되는 것을 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 촉매는, TEMPO((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl)을 포함하는 난연성 나노페이퍼의 제조 방법.
  10. 다공성 베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재 상에 배치되고, 발포제를 포함하는 제1 물질막 및 차르(Char) 형성 보조제를 포함하는 제2 물질막이 적층된 난연 코팅층을 포함하되,
    상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막은 서로 다른 전하를 띠는 것을 포함하는 난연성 나노페이퍼.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 물질막은 양전하를 띠고 상기 제2 물질막은 음전하를 띠되,
    상기 제1 물질막이 상기 베이스 기재 및 상기 제2 물질막 사이에 배치되어, 상기 제1 물질막이 상기 베이스 기재와 접촉하는 것을 포함하는 난연성 나노페이퍼.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 난연 코팅층은, 교대로 그리고 반복적으로 적층된 복수의 상기 제1 물질막 및 복수의 상기 제2 물질막을 포함하되,
    상기 난연 코팅층의 최상부는 상기 제2 물질막으로 구성되는 것을 포함하는 난연성 나노페이퍼.
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