KR20230016527A - A flame retardant insulation composite coated with tannic acid and the method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

According to the present specification, disclosed is a flame retardant composite insulation material which includes: a flame retardant substrate; and a flame retardant coating layer formed on the flame retardant substrate, wherein the flame retardant coating layer includes a polymer resin, a fiber coated with tannic acid (TA), and a curing agent, and the tannic acid is complexed with the polymer resin.

Description

탄닌산이 코팅된 난연 복합 단열 소재 및 그 제조 방법{A FLAME RETARDANT INSULATION COMPOSITE COATED WITH TANNIC ACID AND THE METHOD FOR PREPARING THE SAME}Flame retardant composite insulation material coated with tannic acid and its manufacturing method {A FLAME RETARDANT INSULATION COMPOSITE COATED WITH TANNIC ACID AND THE METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 명세서에는 탄닌산이 코팅된 난연 복합 단열 소재와 그 제조 방법이 개시된다.Disclosed herein is a flame retardant composite heat insulating material coated with tannic acid and a manufacturing method thereof.

고분자 기반의 복합재료는 중량 대비 강성, 단열, 내부식성, 물리적 및 화학적 안정성 등의 성질 때문에 항공, 선박, 자동차 및 건축 등의 분야에서 널리 사용된다. 그러나 고분자 재료는 작은 화원에서도 쉽게 발화하고 연소하며 높은 열 방출률과 다량의 연기 및 독성 가스를 발생시킴으로써 이를 해결하기 위한 기술 개발이 시급하다. Polymer-based composite materials are widely used in the fields of aviation, ships, automobiles, and construction because of their properties such as stiffness to weight, thermal insulation, corrosion resistance, and physical and chemical stability. However, polymeric materials easily ignite and burn even in small fire sources, and generate high heat release rates and large amounts of smoke and toxic gases, so it is urgent to develop technology to solve this problem.

특히 건축용 내외장재에 다량의 코팅재 또는 접착제로 사용되고 있는 고분자 소재는 별도의 난연성을 부여하지 않으면, 화재 발생시 유독가스를 발생시킴으로써 심각한 인명피해를 야기시킨다. 따라서 안전한 생활 환경을 위해서 고분자 소재의 난연화는 반드시 필요하다.In particular, polymeric materials used as a large amount of coating materials or adhesives for interior and exterior materials for construction cause serious human casualties by generating toxic gases in the event of a fire unless additional flame retardancy is imparted. Therefore, flame retardancy of polymer materials is absolutely necessary for a safe living environment.

대표적으로 고분자 재료의 난연화를 위해서는 고분자 자체를 개질하는 방법, 난연제를 첨가하는 방법, 난연성 재료와 복합화하는 방법 등이 이용되고 있다.Typically, a method of modifying the polymer itself, a method of adding a flame retardant, a method of combining with a flame retardant material, and the like are used for flame retardation of polymer materials.

본 발명의 구현예들은 고 발화성의 고분자 재료에 난연성을 부여한 난연 복합소재를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a flame retardant composite material in which flame retardancy is imparted to a highly ignitable polymer material.

본 발명의 구현예들은 고분자 매트릭스 내에서 필러로서 섬유를 균일하게 분산시켜 열적, 기계적 물성이 향상된 건축용 내외장재로도 사용 가능한 난연 복합소재를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a flame retardant composite material that can be used as an interior/exterior building material with improved thermal and mechanical properties by uniformly dispersing fibers as a filler in a polymer matrix.

본 발명의 일 구현예에서, 난연 기재; 및 상기 난연기재 상에 형성된 난연코팅층;을 포함하며, 상기 난연코팅층은 고분자 수지, 탄닌산(TA)이 코팅된 섬유, 및 경화제를 포함하며, 상기 탄닌산은 상기 고분자 수지와 복합화된 것인, 난연 복합 단열 소재를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a flame retardant substrate; and a flame retardant coating layer formed on the flame retardant substrate, wherein the flame retardant coating layer includes a polymer resin, tannic acid (TA)-coated fibers, and a curing agent, wherein the tannic acid is a composite of the polymer resin and the flame retardant composite. Insulation material is provided.

일 구현예에서, 상기 난연 기재는 난연나노섬유 매트릭스 또는 폼 단열재로 구성될 수 있다.In one embodiment, the flame retardant substrate may be composed of a flame retardant nanofiber matrix or foam insulation.

일 구현예에서, 상기 난연 기재는 필러를 더 포함하고, 상기 필러는 나노탄소구조체를 포함할 수 있다.In one embodiment, the flame-retardant substrate may further include a filler, and the filler may include a nano-carbon structure.

일 구현예에서, 상기 경화제는 탄닌산일 수 있다.In one embodiment, the curing agent may be tannic acid.

일 구현예에서, 상기 섬유는 PAN계 탄소섬유, pitch계 탄소섬유, 안정화 섬유, 아라미드, 및 FR레이온으로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the fiber may include one or more selected from the group consisting of PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, stabilizing fiber, aramid, and FR rayon.

일 구현예에서, 상기 고분자 수지는 에폭시 수지이고, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 및 페놀노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택되는 하나 이상의 것일 수 있다.In one embodiment, the polymer resin is an epoxy resin, and the epoxy resin may be at least one selected from a bisphenol A-type epoxy resin, a bisphenol F-type epoxy resin, and a phenol novolak-type epoxy resin.

일 구현예에서, 상기 난연 복합 단열 소재는 상기 고분자 수지의 기능기 대비 0.1 내지 2.0 몰비로 경화제를 포함할 수 있다.In one embodiment, the flame retardant composite heat insulating material may include a curing agent in a molar ratio of 0.1 to 2.0 relative to the functional group of the polymer resin.

일 구현예에서, 상기 경화제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.05 내지 300 중량부로 포함할 수 있다.In one embodiment, the curing agent may be included in an amount of 0.05 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin.

일 구현예에서, 상기 섬유는 난연 복합 단열 소재 전체 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the fiber may be included in an amount of 0.1 to 20% by weight based on the total weight of the flame retardant composite heat insulating material.

본 발명의 다른 구현예에서, 고분자 수지, 탄닌산(TA)이 코팅된 섬유, 및 경화제를 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 경화시키는 단계;를 포함하는, 난연 복합 단열 소재 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, forming a mixed solution by mixing a polymer resin, a fiber coated with tannic acid (TA), and a curing agent; And curing the mixed solution; provides a flame retardant composite insulation material manufacturing method comprising a.

일 구현예에서, 상기 코팅은 상기 탄닌산 및 섬유를 용매 상에서 분산시켜 코팅하는 것일 수 있다.In one embodiment, the coating may be performed by dispersing the tannic acid and fibers in a solvent.

일 구현예에서, 상기 혼합 용액 형성 단계에서 상기 고분자 수지의 기능기 대비 0.1 내지 2의 몰비로 경화제를 혼합할 수 있다.In one embodiment, the curing agent may be mixed in a molar ratio of 0.1 to 2 relative to the functional groups of the polymer resin in the step of forming the mixed solution.

일 구현예에서, 상기 용매는 경화에 앞서 상기 혼합 용액에서 제거될 수 있다.In one embodiment, the solvent may be removed from the mixed solution prior to curing.

일 구현예에서, 상기 경화 단계는 120 내지 200 ℃의 온도 범위에서, 30분 내지 2 시간 동안 1차 경화시키는 단계, 및 170 내지 250 ℃의 온도 범위에서, 1 내지 4 시간 동안 2차 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the curing step comprises primary curing for 30 minutes to 2 hours in a temperature range of 120 to 200 °C, and secondary curing for 1 to 4 hours in a temperature range of 170 to 250 °C. can include

본 발명의 구현예들에 따른 난연코팅제는 종래의 에폭시의 경화제를 별도로 첨가하지 않고도 탄닌산으로 에폭시 수지의 경화도를 조절하여 제조할 수 있으며, 고분자 코팅재에 난연성을 부여할 수 있다. The flame retardant coating agent according to embodiments of the present invention can be prepared by adjusting the curing degree of an epoxy resin with tannic acid without separately adding a conventional epoxy curing agent, and can impart flame retardancy to a polymer coating material.

또한, 본 발명의 구현예들에 따른 난연복합재료는 나노섬유 또는 폼 단열재, 그리고 섬유를 기재로 포함하여 고분자 재료에 난연성을 더 증가시킬 수 있으며, 단열성 또한 부여할 수 있다.In addition, the flame retardant composite material according to embodiments of the present invention may further increase flame retardancy and impart heat insulation to the polymer material by including nanofibers or foam insulation and fibers as a substrate.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄닌산 코팅 난연 복합 단열 소재를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄닌산 코팅 난연 복합 단열 소재의 제조 단계를 개략적으로 도시한다.
도 3내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 난연나노섬유 매트릭스로 폴리우레탄에 탄닌산이 포함된 섬유(도 3), 나노탄소구조체 (그래핀(도 4), 보론도핑 탄소나노튜브(도 5))에 탄닌산이 코팅된 필러가 포함된 나노섬유의 SEM 이미지를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폴리우레탄 나노섬유에 탄닌산이 스프레이 코팅된 나노섬유의 SEM 이미지를 도시한다.
1 schematically shows a tannic acid-coated flame retardant composite heat insulating material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 schematically shows the manufacturing steps of the tannic acid-coated flame retardant composite heat insulating material according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are flame retardant nanofiber matrices according to an embodiment of the present invention, including fibers containing tannic acid in polyurethane (FIG. 3), nano-carbon structures (graphene (FIG. 4), boron-doped carbon nanotubes (FIG. 5) ) shows a SEM image of nanofibers containing tannic acid-coated fillers.
6 shows a SEM image of nanofibers in which tannic acid is spray-coated on polyurethane nanofibers according to an embodiment of the present invention.

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

이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but this is described for illustrative purposes, whereby the technical spirit of the present invention and its configuration and application are not limited.

본 명세서에서, "기능기 대비 몰비"란, 특정 물질의 기능기의 수를 기준으로 하는 몰 함량을 의미한다.In the present specification, "functional group molar ratio" means a molar content based on the number of functional groups of a specific material.

본 명세서에서, "나노섬유"란 섬유 한 가닥의 평균직경이 10 마이크로미터 이하 또는 50nm 이상 내지 3000nm 이하인 값을 갖는 섬유를 의미한다.In the present specification, "nanofiber" refers to a fiber having an average diameter of 10 micrometers or less or 50 nm or more to 3000 nm or less.

본 명세서에서, "매개체 고분자(carrier polymer)"란 섬유를 제조할 때의 방사용액(섬유 제조용 조성물)의 점도를 향상시키는 고분자 물질을 의미한다.In the present specification, "carrier polymer" refers to a polymer material that improves the viscosity of a spinning solution (composition for producing fibers) when producing fibers.

난연 복합 단열 소재flame retardant composite insulation material

본 발명의 일 구현예에서, 난연 기재; 및 상기 난연기재 상에 형성된 난연코팅층;을 포함하며, 상기 난연코팅층은 고분자 수지, 탄닌산(TA)이 코팅된 섬유, 및 경화제를 포함하며, 상기 탄닌산은 상기 고분자 수지와 복합화된 것인, 난연 복합 단열 소재를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a flame retardant substrate; and a flame retardant coating layer formed on the flame retardant substrate, wherein the flame retardant coating layer includes a polymer resin, tannic acid (TA)-coated fibers, and a curing agent, wherein the tannic acid is a composite of the polymer resin and the flame retardant composite. Insulation material is provided.

예시적인 구현예에서, 상기 난연 기재는 고분자 수지가 경화되어 형성된 고분자 수지 매트릭스 내부에 분산된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 난연 기재는 난연 나노섬유 매트릭스 또는 폼 단열재로 구성될 수 있다.In an exemplary embodiment, the flame retardant substrate may have a structure dispersed inside a polymer resin matrix formed by curing a polymer resin. Specifically, the flame retardant substrate may be composed of a flame retardant nanofiber matrix or foam insulation.

예시적인 구현예에서, 난연 나노섬유 매트릭스의 난연 나노섬유는 고분자 수지에 탄닌산이 포함된 섬유, 나노탄소구조체 (그래핀, 탄소나노튜브 등)에 탄닌산이 코팅된 필러가 포함된 섬유일 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유는 PAN계 탄소섬유, pitch계 탄소섬유, 안정화 섬유, 아라미드, 및 FR레이온으로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 섬유는 난연 복합 단열 소재에서 필러로 작용할 수 있으며, 상기 필러는 고분자 내에서 보강제로서 기계적, 열적 물성을 향상시키고, 동시에 연소시 숯(char)을 형성하여 단열 작용을 할 수 있다.In an exemplary embodiment, the flame retardant nanofiber of the flame retardant nanofiber matrix may be a fiber containing tannic acid in a polymer resin or a fiber containing a filler coated with tannic acid in a nanocarbon structure (graphene, carbon nanotube, etc.). For example, the fiber may include one or more selected from the group consisting of PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, stabilizing fiber, aramid, and FR rayon. These fibers may act as a filler in a flame retardant composite insulation material, and the filler may improve mechanical and thermal properties as a reinforcing agent in a polymer, and at the same time form char during combustion to perform an insulation function.

상기 나노섬유의 평균 직경이 3 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 3 ㎛ 이하, 2㎛ 이하, 1㎛ 이하, 0.5㎛ 이하, 0.1㎛ 이하 또는 0.05㎛ 이하일 수 있다. 또한 상기 나노섬유는 섬유의 평균 직경이 50㎚ 내지 3000nm의 나노 섬유일 수 있다. 구체적으로, 섬유의 평균 직경이 50㎚이상, 60㎚이상, 80㎚이상, 100㎚이상, 150㎚이상, 200㎚이상, 250㎚이상, 300㎚이상, 350㎚이상 또는 500㎚이상일 수 있다. 또한, 섬유의 평균 직경이 3000nm이하, 2500 nm이하, 2000 nm이하, 1500 nm이하, 1000 nm이하, 800 nm이하, 500 nm이하, 400 nm이하, 380 nm이하, 370 nm이하 또는 360 nm이하일 수 있다.An average diameter of the nanofibers may be 3 μm or less. Specifically, it may be 3 μm or less, 2 μm or less, 1 μm or less, 0.5 μm or less, 0.1 μm or less, or 0.05 μm or less. In addition, the nanofibers may be nanofibers having an average fiber diameter of 50 nm to 3000 nm. Specifically, the fiber may have an average diameter of 50 nm or more, 60 nm or more, 80 nm or more, 100 nm or more, 150 nm or more, 200 nm or more, 250 nm or more, 300 nm or more, 350 nm or more, or 500 nm or more. In addition, the average diameter of the fiber may be 3000 nm or less, 2500 nm or less, 2000 nm or less, 1500 nm or less, 1000 nm or less, 800 nm or less, 500 nm or less, 400 nm or less, 380 nm or less, 370 nm or less, or 360 nm or less. there is.

예를 들어, 상기 폼 단열재는, 폴리우레탄계로 폴리올의 구조에 따라서 경질폼 또는 연질폼일 수 있다. 구체적으로, 상기 폼 단열재는, 폴리우레탄계로 폴리올의 구조에 따라서 경질폼 또는 연질폼일 수 있다. 경질폼에 사용되는 폴리올은 폴리아로마틱으로 톨루엔디아민계 폴리올, 메틸렌디페닐디아민계 폴리올, 비스페놀-A계 폴리올 등이 있다. 연질폼에 사용되는 폴리올은 폴리에스터(에스테르)계로 Chain중에 에스테르기(-CO-O-)를 반복단위로써 함유하는 고분자 화합물이고 말단에 수산기를 갖는 것일 수 있다. For example, the foam insulator is polyurethane-based and may be a hard foam or a flexible foam depending on the structure of the polyol. Specifically, the foam insulation is polyurethane-based and may be a hard foam or a flexible foam depending on the structure of the polyol. Polyols used in rigid foam are polyaromatic, and include toluenediamine-based polyols, methylenediphenyldiamine-based polyols, and bisphenol-A-based polyols. The polyol used in flexible foam is a polyester (ester) type polymer compound containing an ester group (-CO-O-) as a repeating unit in the chain, and may have a hydroxyl group at the end.

예시적인 구현예에서, 상기 난연 기재는 필러를 더 포함하고, 상기 필러는 나노탄소구조체를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 필러는 나노탄소구조체일 수 있으며, 예를 들어 그래핀, 탄소나노튜브(예컨대, 도핑된 탄소나노튜브, 보론 도핑된 탄소나노튜브)를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the flame retardant substrate may further include a filler, and the filler may include a nano-carbon structure. Specifically, the filler may be a nano-carbon structure, and may include, for example, graphene and carbon nanotubes (eg, doped carbon nanotubes and boron-doped carbon nanotubes).

예시적인 구현예에서, 상기 경화제는 탄닌산일 수 있다. 따라서, 별도의 경화제가 없이도 탄닌산 만으로 소재의 경화도를 조절하여 기계적물성을 향상시킬 수 있다.In an exemplary embodiment, the curing agent may be tannic acid. Therefore, it is possible to improve the mechanical properties by adjusting the degree of curing of the material only with tannic acid without a separate curing agent.

한편, 상기 탄닌산은 목재로부터 추출된 것일 수 있는데, 탄닌산은 자연계에 풍부하게 존재하기 때문에 저렴한 비용으로 다량의 탄닌산을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄닌산은 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.On the other hand, the tannic acid may be extracted from wood, since tannic acid is abundant in nature, a large amount of tannic acid can be used at low cost. For example, the tannic acid may have a structure of Chemical Formula 1.

[화학식 1] - 탄닌산[Formula 1] - Tannic acid

Figure pat00001
Figure pat00001

구체적으로, 탄닌산은 연소시에 흑연이 형성될 수 있으며, 또한 연소되는 물질에서 형성되는 라디칼을 비활성화시킬 수 있기 때문에 난연 특성을 가질 수 있다. 또한, 화학식 1의 탄닌산의 화학 구조에서 볼 수 있다시피, 탄닌산은 분자 구조에 하이드록실기를 다량 함유하고 있으며, 다량의 하이드록실기가 에폭시 에폭사이드기와 공유결합을 형성하여 고분자를 이룰 수 있을 뿐만 아니라 수소 결합도 형성할 수 있어 고분자와 고분자 사슬 간의 상호작용을 증가시킬수 있고 결과적으로, 강성을 향상시킬 수 있다.Specifically, tannic acid may have flame retardant properties because graphite may be formed during combustion and also may deactivate radicals formed in a burning material. In addition, as can be seen in the chemical structure of tannic acid in Formula 1, tannic acid contains a large amount of hydroxyl groups in its molecular structure, and a large amount of hydroxyl groups form covalent bonds with epoxy epoxide groups to form polymers. In addition, hydrogen bonds can also be formed, which can increase the interaction between polymers and polymer chains, and as a result, improve stiffness.

예시적인 구현예에서, 상기 섬유는 안정화 섬유 또는 절단된 안정화 섬유를 포함할 수 있다. 여기서, 안정화 섬유는 일반적으로 탄소섬유를 제조하기위한 고온 열처리(800~1500도내외) 공정보다 낮은 온도에서 섬유를 열처리(300-400도내외)하여 제조한 것일 수 있다. 또한 전달된 안정화 섬유는 안정화 섬유를 일정한 길이로 자른 것을 의미하며, 이때 섬유 길이와 첨가량에 따라서 기계적/열적 물성에 의존하며, 약 10mm 내외의 길이로 절단된 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the fibers may include stabilizing fibers or truncated stabilizing fibers. Here, the stabilized fiber may be produced by heat treatment (around 300 to 400 degrees) of fibers at a lower temperature than the high temperature heat treatment (around 800 to 1500 degrees) process for producing carbon fibers. In addition, the delivered stabilization fiber means that the stabilization fiber is cut to a certain length, and at this time, depending on the mechanical / thermal properties depending on the fiber length and the amount of addition, it may be cut to a length of about 10 mm.

예시적인 구현예에서, 상기 섬유는 PAN계 탄소섬유, pitch계 탄소섬유, 안정화 섬유, 아라미드, 및 FR레이온으로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the fiber may include one or more selected from the group consisting of PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, stabilizing fiber, aramid, and FR rayon.

예시적인 구현예에서, 상기 고분자 수지는 에폭시 수지이고, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 및 페놀노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택되는 하나 이상의 것일 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니다. 상기 에폭시 수지는 단위체에 에폭사이드기를 2개 이상 갖는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the polymer resin is an epoxy resin, and the epoxy resin may be at least one selected from bisphenol A-type epoxy resin, bisphenol F-type epoxy resin, and phenol novolak-type   epoxy resin, but is limited thereto It is not. The epoxy resin may have two or more epoxide groups in a unit.

예시적인 구현예에서, 상기 난연 복합 단열 소재는 상기 고분자 수지의 기능기 대비 0.1 내지 2.0 몰비로 경화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고분자 수지의 기능기 대비 0.5 내지 2.0 몰 비, 0.5 내지 1.2 몰 비, 0.8 내지 1.2 몰 비, 또는 1.0 내지 1.2 몰 비로 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제가 고분자 수지의 기능기 대비 0.1 몰 미만 또는 2 몰 초과로 포함되는 경우, 난연 복합 단열 소재에 포함된 필러의 분산도가 감소할 수 있으며, 이에 따라서 고분자 수지의 난연성이 감소할 수 있다.In an exemplary embodiment, the flame retardant composite heat insulating material may include a curing agent in a molar ratio of 0.1 to 2.0 relative to the functional group of the polymer resin. For example, the curing agent may be included in an amount of 0.5 to 2.0 mole ratio, 0.5 to 1.2 mole ratio, 0.8 to 1.2 mole ratio, or 1.0 to 1.2 mole ratio relative to the functional group of the polymer resin. When the curing agent is included in an amount of less than 0.1 mol or greater than 2 mol relative to the functional group of the polymer resin, the dispersion degree of the filler included in the flame retardant composite insulating material may decrease, and accordingly, the flame retardancy of the polymer resin may decrease.

예시적인 구현예에서, 상기 경화제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.05 내지 300 중량부로 포함될 수 있다. 상기 경화제가 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.05 중량부 미만 또는 300 중량부로 포함되는 경우 필러의 분산도가 감소할 수 있으며, 이에 따라서 고분자 수지의 난연성이 감소할 수 있다.In an exemplary embodiment, the curing agent may be included in an amount of 0.05 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin. When the curing agent is included in an amount of less than 0.05 parts by weight or 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin, the dispersion degree of the filler may decrease, and accordingly, the flame retardancy of the polymer resin may decrease.

예시적인 구현예에서, 상기 섬유는 난연 복합 단열 소재 전체 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 섬유가 난연 복합 단열 소재 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 이상으로 포함되는 경우, 상기 난연 에폭시 복합 재료의 열적 성질 및 기계적 성질이 우수할 수 있다. 다만, 20 중량% 초과로 첨가할 경우에는 오히려 소재의 기계적 물성을 저하시키는 경향을 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the fiber may be included in an amount of 0.1 to 20% by weight based on the total weight of the flame retardant composite heat insulating material. For example, it may be included in 1 to 5% by weight. When the fibers are included in an amount of 0.1% by weight or more based on the total weight of the flame retardant composite heat insulating material, the flame retardant epoxy composite material may have excellent thermal properties and mechanical properties. However, when added in excess of 20% by weight, the mechanical properties of the material may tend to deteriorate.

본 발명에 따른 난연 복합 단열 소재는 우수한 난연 특성, 예를 들어 우수한 한계산소지수(LOI) 값을 가질 수 있다. 한계산소지수는 다음의 식으로 계산될 수 있다.The flame retardant composite insulation material according to the present invention may have excellent flame retardant properties, for example, an excellent limiting oxygen index (LOI) value. The limiting oxygen index can be calculated with the following formula.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
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여기서, O2 및 N2는 각각 산소 유량 및 질소 유량을 의미한다.Here, O 2 and N 2 mean oxygen flow rate and nitrogen flow rate, respectively.

따라서, 본 발명에 따른 난연 복합 단열 소재는 예컨대 한계산소지수(LOI)는 탄닌산을 포함하지 않는 기준시료 대비 약 30%이상 향상될 수 있다.Therefore, the limiting oxygen index (LOI) of the flame retardant composite heat insulating material according to the present invention, for example, can be improved by about 30% or more compared to the reference sample that does not contain tannic acid.

난연 복합 단열 소재 제조 방법Method for manufacturing flame retardant composite insulation material

본 발명의 다른 구현예에서, 고분자 수지, 탄닌산(TA)이 코팅된 섬유, 및 경화제를 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 경화시키는 단계;를 포함하는, 난연 복합 단열 소재 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, forming a mixed solution by mixing a polymer resin, a fiber coated with tannic acid (TA), and a curing agent; And curing the mixed solution; provides a flame retardant composite insulation material manufacturing method comprising a.

먼저, 난연 기재를 준비할 수 있다. 예를 들어 난연 기재로 난연 나노섬유 매트릭스를 준비하는 경우, 매개체 고분자인 폴리우레탄 용액에 탄닌산이 포함된 섬유 또는 나노탄소구조체에 탄닌산이 코팅된 필러를 각각 첨가한후 용액 블로워 방사를 통해 난연 나노섬유 매트릭스를 제조할 수 있다.First, a flame retardant substrate may be prepared. For example, in the case of preparing a flame retardant nanofiber matrix with a flame retardant substrate, after adding a fiber containing tannic acid to a polyurethane solution as a medium polymer or a filler coated with tannic acid to a nanocarbon structure, respectively, flame retardant nanofibers through solution blower spinning matrix can be made.

예시적인 구현예에서, 용액 블로워 방사 외의 방사 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들어 전기방사(electro-spinning), 멜트블로운(melt-blown), 플래쉬 방사(flash-spinning), 전기분무(electro-spraying), 용액블로워방사(solution blow spinning) 및 일렉트로블로잉(electro-blowing) 중 어느 하나 이상의 방사 방법이 적용될 수 있다.In an exemplary embodiment, spinning methods other than solution blower spinning may be used, such as electro-spinning, melt-blown, flash-spinning, electro-spraying, and the like. spraying), solution blow spinning, and electro-blowing. Any one or more spinning methods may be applied.

예시적인 구현예에서, 상기 방사는 전기 방사일 수 있으며, 구체적으로 상기 전기방사는 니들게이지 15 내지 20 gauge, 용액 공급 속도 0.1~10ml/h, 전압 15 내지 30 kV, 방사거리 10 내지 17 ㎝의 조건에서 전기방사할 수 있다.In an exemplary embodiment, the spinning may be electrospinning, and specifically, the electrospinning has a needle gauge of 15 to 20 gauge, a solution supply rate of 0.1 to 10 ml / h, a voltage of 15 to 30 kV, and a spinning distance of 10 to 17 cm. Electrospinning can be performed under these conditions.

예시적인 구현예에서, 난연 기재로 폼 단열재를 준비하는 경우, 폼 단열제를 제조하기 위해서는 폴리올은 폴리에스터로 분자량이 3000이고, 관능기가 3개이며, 수산기가 56인 제품 (P-3022), 계면활성제, 촉매로는 triethylene diamine (A-33)과 bis-dimethyleaminoethylether (A-1), 그리고 stannous octoate(T-9), 증류수 그리고 난연제인 탄닌산을 첨가하고 충분히 교반 하여 탄닌-폴리우레탄 프리 폼 용액을 제조하였다. 이때 프리 폼 액에 Isocyanate로 TDI를 넣고 30 s간 교반하여 연질 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다. In an exemplary embodiment, in the case of preparing a foam insulation material with a flame retardant substrate, in order to prepare the foam insulation material, the polyol is polyester, a product having a molecular weight of 3000, a functional group of 3, and a hydroxyl group of 56 (P-3022), Triethylene diamine (A-33) and bis-dimethyleaminoethylether (A-1) as surfactants and catalysts, stannous octoate (T-9), distilled water, and flame retardant tannic acid were added and sufficiently stirred to obtain a tannin-polyurethane pre-form solution. was manufactured. At this time, TDI as isocyanate is added to the preform liquid and stirred for 30 s to prepare a flexible polyurethane foam.

다음으로, 고분자 수지, 탄닌산(TA)이 코팅된 섬유, 및 경화제를 혼합하여 혼합 용액을 형성할 수 있다. 예를 들어 상기 혼합 용액으로 폼 단열재 좌면과 우면에 난연층을 구성할 수 있다. Next, a mixed solution may be formed by mixing a polymer resin, a fiber coated with tannic acid (TA), and a curing agent. For example, a flame retardant layer may be formed on the left and right surfaces of the foam insulator with the mixed solution.

예시적인 구현예에서, 상기 코팅은 상기 탄닌산 및 섬유를 용매 상에서 분산시켜 코팅하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 코팅은 섬유를 일정한 크기로 절단한후 탄닌산 용매에 분산시켜 코팅하는 것일 수 있으며, 구체적으로 초음파 분산하여 코팅할 수 있다. 또한, 직조된 섬유의 경우에는 상기 코팅은 탄닌산 용액을 직조된 섬유에 코팅하는 것일 수 있으며, 구체적으로 딥코팅, 스프레이코팅, 초음파 스프레이코팅 할 수 있다.In an exemplary embodiment, the coating may be performed by dispersing the tannic acid and fibers in a solvent. For example, the coating may be performed by cutting fibers into a certain size and then dispersing them in a tannic acid solvent. Specifically, the coating may be performed by ultrasonic dispersion. In addition, in the case of woven fibers, the coating may be coating a tannic acid solution on the woven fibers, and specifically, dip coating, spray coating, or ultrasonic spray coating may be used.

예시적인 구현예에서, 상기 혼합 용액 형성 단계에서 상기 고분자 수지의 기능기 대비 0.1 내지 2의 몰비로 경화제를 혼합하는 것일 수 있으며, 전술한 내용과 동일하다.In an exemplary embodiment, the curing agent may be mixed in a molar ratio of 0.1 to 2 relative to the functional groups of the polymer resin in the step of forming the mixed solution, the same as the above.

예시적인 구현예에서, 상기 용매는 경화에 앞서 상기 혼합 용액에서 제거될 수 있다. 만약, 용매가 남아 있다면 경화 시에 잔여 용매가 휘발되면서 고분자 수지에 공기 방울 등의 결함(defect)을 형성시켜 기계적 특성 및 난연 특성을 저하시킬 수 있다. In an exemplary embodiment, the solvent may be removed from the mixed solution prior to curing. If the solvent remains, the residual solvent volatilizes during curing to form defects such as air bubbles in the polymer resin, thereby deteriorating mechanical properties and flame retardant properties.

다음으로, 상기 혼합 용액을 경화시킬 수 있다. 이러한 경화 단계를 통하여 고분자 수지는 경화되어 고분자 수지 매트릭스를 형성할 수 있다.Next, the mixed solution may be cured. Through this curing step, the polymer resin is cured to form a polymer resin matrix.

예시적인 구현예에서, 상기 경화 과정은 복수 회 실시될 수 있으며, 예를 들어 2회 실시될 수 있다. 구체적으로, 상기 경화 단계는 120 내지 200 ℃의 온도 범위에서, 30분 내지 2 시간 동안 1차 경화시키는 단계, 및 170 내지 250 ℃의 온도 범위에서, 1 내지 4 시간 동안 2차 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the curing process may be performed multiple times, for example two times. Specifically, the curing step includes the step of primary curing for 30 minutes to 2 hours in a temperature range of 120 to 200 ° C, and the step of secondary curing for 1 to 4 hours in a temperature range of 170 to 250 ° C. can do.

다음으로, 혼합 용액을 경화시켜 제조한 난연코팅층을 난연 기재 상에 접합시킬 수 있다. 구체적으로 난연코팅층의 사이에 복수의 난연 기재를 적층하여 삽입하여 핫프레스로 열압착 방식으로 실링(접착)할 수 있다.Next, the flame retardant coating layer prepared by curing the mixed solution may be bonded onto the flame retardant substrate. Specifically, a plurality of flame retardant substrates may be stacked and inserted between the flame retardant coating layers, and sealed (bonded) by hot pressing in a thermal compression method.

한편, 열압착방식으로 접착이 어려울 경우, 난연 기재와 난연코팅층의 두 층간 사이에 탄닌산 에폭시 접착제를 적용하여 접착할 수 있다.On the other hand, when it is difficult to bond by the thermocompression bonding method, it can be bonded by applying a tannic acid epoxy adhesive between the two layers of the flame retardant substrate and the flame retardant coating layer.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail by way of examples. However, these examples are provided only for illustrative purposes to aid understanding of the present invention, and the scope and scope of the present invention are not limited by the following examples.

실시예1: 난연기재(난연나노섬유 매트릭스) 제조방법Example 1: Manufacturing method of flame retardant substrate (flame retardant nanofiber matrix)

난연 나노섬유 매트릭스의 난연기재를 제조하기 위해서 폴리우레탄(Mw 150,000 g/mol)을 DMF에 10 wt%의 농도로 100 ℃에서 3시간 동안 교반하여 균일하게 용해시켰다. 이후 각각 탄닌산이 포함된 섬유 또는 나노탄소구조체 (그래핀(도 3), 보론 도핑 탄소나노튜브(도 4))에 탄닌산이 코팅된 필러를 폴리우레탄 중량대비 첨가량을 다르게 하여 섞고 상온에서 3시간동안 교반하여 균일한 용액을 제조한후 이를 방사용액으로 사용하였다. 이때 전기방사는 인가전압 (18kV), 방사속도(feed rate) 0.5 ml/h, TCD 15cm, 그리고 needle gauge 21G 조건에서 최종적으로 난연 나노섬유 매트릭스를 제조한다.In order to prepare a flame retardant base material of the flame retardant nanofiber matrix, polyurethane (Mw 150,000 g/mol) was uniformly dissolved in DMF at a concentration of 10 wt% by stirring at 100 °C for 3 hours. Then, fibers or nano-carbon structures (graphene (FIG. 3), boron-doped carbon nanotubes (FIG. 4)) each containing tannic acid were mixed with tannic acid-coated fillers in different amounts relative to the weight of polyurethane, and at room temperature for 3 hours. After preparing a uniform solution by stirring, it was used as a spinning solution. At this time, electrospinning finally prepares a flame retardant nanofiber matrix under the conditions of an applied voltage (18 kV), a feed rate of 0.5 ml/h, a TCD of 15 cm, and a needle gauge of 21 G.

실시예2: 난연기재(폼 단열재) 제조방법Example 2: Manufacturing method of flame retardant substrate (foam insulation)

폼 단열재를 제조하기 위하여 폴리올은 폴리에스터로 분자량이 3000이고, 관능기가 3개이며, 수산기가 56인 제품 (P-3022), 계면활성제, 촉매로는 triethylene diamine (A-33)과 bis-dimethyleaminoethylether (A-1), 그리고 stannous octoate(T-9), 증류수 그리고 난연제인 탄닌산을 첨가하고 충분히 교반 하여 탄닌-폴리우레탄 프리 폼 용액을 제조하였다. 이때 프리 폼 액에 Isocyanate로 TDI를 넣고 30 s간 교반하여 연질 폴리우레탄 폼을 제조하였다.To manufacture the foam insulation, the polyol is polyester with a molecular weight of 3000, a product with 3 functional groups and 56 hydroxyl groups (P-3022), triethylene diamine (A-33) and bis-dimethyleaminoethylether as surfactants and catalysts. (A-1), and stannous octoate (T-9), distilled water, and flame retardant tannic acid were added and sufficiently stirred to prepare a tannin-polyurethane pre-foam solution. At this time, TDI as isocyanate was added to the preform liquid and stirred for 30 s to prepare a flexible polyurethane foam.

실시예 3: 난연코팅층(에폭시+탄닌산)Example 3: Flame retardant coating layer (epoxy + tannic acid)

에폭시 전구체인 YD-128 (에폭사이드기 2 개) 의 기능기 대비 몰비 (0.5, 0.8, 1.0, 1.2)로 목재로부터 추출된 탄닌산(시그마알드리치, CAS Number: 1401-55-4)의 무게를 조절하여 실험을 준비하였다. 에탄올 50 ml에 탄닌산과 40 g의 YD-128을 완전히 녹인다. 이후 80도에서 감압하여 에탄올을 완전히 제거하고 몰드에 넣어 160 도에서 1시간, 210 도에서 2 시간 경화를 진행하여 최종적으로 난연복합소재의 난연코팅층을 제조한다.Adjust the weight of tannic acid (Sigma-Aldrich, CAS Number: 1401-55-4) extracted from wood with a molar ratio (0.5, 0.8, 1.0, 1.2) relative to the functional group of YD-128 (2 epoxide groups), an epoxy precursor prepared for the experiment. Completely dissolve tannic acid and 40 g of YD-128 in 50 ml of ethanol. Thereafter, the pressure is reduced at 80 degrees to completely remove ethanol, put into a mold, and cured at 160 degrees for 1 hour and 210 degrees for 2 hours to finally prepare a flame retardant coating layer of a flame retardant composite material.

비교예 1: 종래 에폭시 복합소재(에폭시+경화제)Comparative Example 1: Conventional epoxy composite material (epoxy + curing agent)

목재로부터 추출된 탄닌산 대신 경화제(polyetheramine hardener (Kukdo chemical, trade name D-230) 20g를 혼합하여 코팅재 용액을 형성한 것을 제외하고 실시예 3과 동일한 방법으로 종래의 난연코팅층을 제조하였다.A conventional flame retardant coating layer was prepared in the same manner as in Example 3, except that a coating material solution was formed by mixing 20 g of a hardener (polyetheramine hardener (Kukdo chemical, trade name D-230) instead of tannic acid extracted from wood.

실시예 4: 난연코팅층(에폭시+탄닌산+탄소섬유직물 /안정화 섬유직물)Example 4: Flame retardant coating layer (epoxy + tannic acid + carbon fiber fabric / stabilized fiber fabric)

에탄올 50 ml에 목재로부터 추출된 탄닌산(시그마알드리치, CAS Number: 1401-55-4) 40g, 에폭시 수지(YD-128, 국도화학) 250 ml을 각각 넣고 용액을 제조한다. 이후 혼합용액을 준비된 탄소섬유직물(T300, 도레이) 또는 안정화섬유직물(태광)가 충분히 잠길수 있도록 함침시킨후, 130도에서 30분간 핫프레스 하여 선경화 후 난연 탄소섬유복합소재를 만든다. 이후 210도에서 2시간 진공오븐에서 경화를 진행한다. 40 g of tannic acid (Sigma-Aldrich, CAS Number: 1401-55-4) extracted from wood and 250 ml of epoxy resin (YD-128, Kukdo Chemical) were added to 50 ml of ethanol to prepare a solution. Thereafter, the prepared carbon fiber fabric (T300, Toray) or stabilized fiber fabric (Taekwang) is impregnated so that the prepared carbon fiber fabric (T300, Toray) or stabilized fiber fabric (Taekwang) is sufficiently immersed in the mixed solution, and then hot-pressed at 130 degrees for 30 minutes to make a flame retardant carbon fiber composite material after pre-curing. Then, curing is performed in a vacuum oven at 210 degrees for 2 hours.

여기서 안정화섬유직물은 일반적으로 탄소섬유를 제조하기위한 고온 열처리(800~1500도내외) 공정보다 낮은 온도에서 PAN 섬유를 열처리(300-400도내외)하여 준비하였다. 이후 산화반응 시켜 얻어지는 섬유를 통상 준탄소섬유 또는 안정화(내염화)섬유라로 명명하며 주요특징으로는 난연 및 단열 특성을 갖고 있다.Here, the stabilized fiber fabric was prepared by heat-treating PAN fibers (around 300-400 degrees) at a lower temperature than the high-temperature heat treatment (around 800-1500 degrees) for producing carbon fibers. Afterwards, the fibers obtained through the oxidation reaction are usually referred to as quasi-carbon fibers or stabilized (salt-resistance) fibers, and have flame retardant and heat insulating properties as their main characteristics.

실시예 5: 난연코팅층(에폭시+탄닌산+절단된 안정화 섬유)Example 5: Flame retardant coating layer (epoxy + tannic acid + cut stabilized fibers)

목재로부터 추출된 탄닌산(시그마알드리치, CAS Number: 1401-55-4) 40g, 에폭시 수지(YD-128, 국도화학) 250 ml, 및 절단된 안전화 섬유(태광)를 에폭시 수지 중량대비 1, 3, 5, 10, 20 wt%를 에탄올 용매에 혼합하여 코팅재 용액을 형성한 것을 실시예 3과 동일한 방법으로 탄닌산 코팅 난연복합단열소재를 제조하였다. 샘플들은 절단된 안정화 섬유를 난연 복합 단열 소재 전체 중량에 대하여 1 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 10 중량% 및 20 중량%로 각각 포함하였다. 40 g of tannic acid (Sigma-Aldrich, CAS Number: 1401-55-4) extracted from wood, 250 ml of epoxy resin (YD-128, Kukdo Chemical), and cut safety fiber (Taekwang) were mixed with epoxy resin weight ratio 1, 3, 5, 10, 20 wt% was mixed in an ethanol solvent to form a coating material solution, and a tannic acid-coated flame retardant composite insulation material was prepared in the same manner as in Example 3. The samples included 1% by weight, 3% by weight, 5% by weight, 10% by weight and 20% by weight of the cut stabilizing fibers, respectively, based on the total weight of the flame retardant composite insulation material.

여기서 절단된 안정화 섬유는 실시예 4의 안정화 섬유를 10mm 내외로 절단하여 사용하였다.The stabilized fiber cut here was used by cutting the stabilized fiber of Example 4 to about 10 mm.

실시예 6: 난연복합단열소재 제조Example 6: Manufacturing of flame retardant composite insulation material

실시예 1과 실시예 2의 난연기재와 실시예 3 내지 5의 난연코팅층을 조합하여 난연복합단열소재를 제조하였다.A flame retardant composite insulation material was prepared by combining the flame retardant substrates of Examples 1 and 2 and the flame retardant coating layers of Examples 3 to 5.

도 2를 참조하면, 외피재(난연코팅층)(20)의 내부에 코어재(난연기재)10)를 다수층 적층하여 얻어진 코어재를 삽입하였다. 이때 외피재와 코어재간의 접착은 복합소재층 제조하는 방식과 동일하며, 핫프레스로 열압착 방식으로 실링(접착)한다. 외피재와 코어재간의 열압착방식이 어려울경우에는 두 층간 내부에 외피재에 사용된 탄닌산 에폭시 접착제를 사용하여 접착한다.Referring to FIG. 2, a core material obtained by stacking a plurality of layers of a core material (flame retardant material) 10) was inserted into an outer covering material (flame retardant coating layer) 20. At this time, the bonding between the outer skin material and the core material is the same as the method of manufacturing the composite material layer, and sealing (adhesion) is performed by hot press and thermal compression. If it is difficult to heat-compress the outer cover material and the core material, the two layers are bonded using the tannic acid epoxy adhesive used for the outer cover material.

실험예 1: 탄닌산 코팅 난연복합단열소재 SEM 분석Experimental Example 1: SEM analysis of tannic acid-coated flame retardant composite insulation material

도 3-5는 실시예 1의 난연나노섬유의 표면을 관찰한 SEM 이미지결과이다. 각각 도 3은 탄닌산/PU 나노섬유 매트릭스를, 도 4는 탄닌산/그래핀/PU 나노섬유 매트릭스를, 도 5는 탄닌산/도핑 CNT/PU 나노섬유 매트릭스를 나타낸다. 비드 형태 없이 대부분 균일한 직경분포를 갖는 안정적인 나노섬유 형태로 방사됨을 알 수 있다. 대부분 방사된 나노웹의 모폴로지는 대부분 안정적이며 나노섬유의 평균직경의 경우 255 ~ 404 nm, 분포를 보였다.3-5 are SEM image results of observing the surface of the flame retardant nanofibers of Example 1. 3 shows a tannic acid/PU nanofiber matrix, FIG. 4 shows a tannic acid/graphene/PU nanofiber matrix, and FIG. 5 shows a tannic acid/doped CNT/PU nanofiber matrix, respectively. It can be seen that most of the fibers are spun in the form of stable nanofibers having a uniform diameter distribution without a bead shape. Most of the morphologies of the spun nanowebs were stable, and the average diameter of the nanofibers ranged from 255 to 404 nm.

실험예 2: 난연 특성 분석Experimental Example 2: Analysis of flame retardant properties

실험예 및 비교예 샘플들을 100 mm × 6 mm × 4 mm로 시편을 제작하여 한계산소지수(limited oxygen index, LOI)를 평가하였다.Experimental and comparative examples were tested for limited oxygen index (LOI) by making specimens of 100 mm × 6 mm × 4 mm.

한계산소지수 장비(Fire Testing Technology, UK)에 시편을 수직으로 세운 후, 고순도의 질소와 산소를 설정하고 산소 농도의 유량이 일정해 질 때까지 기다린다. 시료의 상단부에 불꽃을 적용하고 5초에 한 번씩 제거해 주면서 30초간 점화가 되는지 확인한다. 30초 안에 점화가 되면 점화가 된 시점부터 시간을 재기 시작하여 180 초 동안 지속이 되지 않는 산소 농도를 그 물질의 한계산소지수로 정의하였다. 또한, 나노섬유의 난연 성능을 평가하기 위해 Fire Testing Technology(FTT, UK)에서 제조한 Cone calorimeter(iConeTM Calorimeter)를 E1354 표준에 따라 사용하였다. After standing the specimen vertically in the limiting oxygen index equipment (Fire Testing Technology, UK), set high-purity nitrogen and oxygen and wait until the flow rate of oxygen concentration becomes constant. Apply a flame to the upper part of the sample and remove it once every 5 seconds to see if it can be ignited for 30 seconds. If ignition occurred within 30 seconds, time was measured from the point of ignition, and the oxygen concentration that did not last for 180 seconds was defined as the limiting oxygen index of the material. In addition, in order to evaluate the flame retardant performance of the nanofibers, a Cone calorimeter (iCone TM Calorimeter) manufactured by Fire Testing Technology (FTT, UK) was used according to the E1354 standard.

측정된 한계산소지수(LOI), PHRR(열방출율), THR(총열방출률), 그리고 HRC(방열량)의 값은 아래의 표 1과 같다.The measured values of the limiting oxygen index (LOI), PHRR (heat release rate), THR (total heat release rate), and HRC (heat release rate) are shown in Table 1 below.

샘플Sample TA 함량TA content 섬유함량 (wt%)Fiber content (wt%) 필러함량 (wt%)Filler content (wt%) LOILOI PHRR (W/g)PHRR (W/g) THR (kJ/g)THR (kJ/g) HRC (J/gk)HRC (J/gk) 비교예 1Comparative Example 1 TD0TD0 -- 1818 실시예 1Example 1 TD1.2TD1.2 -- 그래핀graphene 1One 22.622.6 272.26272.26 23.2023.20 377.6377.6 -- 33 22.722.7 249.94249.94 22.2822.28 372372 -- 55 23.223.2 235.23235.23 21.7221.72 356.8356.8 -- 보론도핑 CNTBoron-doped CNT 1One 27.527.5 259.1259.1 22.422.4 257257 -- 33 27.627.6 254254 21.721.7 256256 -- 55 28.628.6 240240 20.620.6 240240 실시예 3Example 3 TD1.2TD1.2 -- 25.925.9 실시예 4Example 4 TD1.2TD1.2 탄소섬유직물carbon fiber fabric 34.134.1 TD1.2TD1.2 안정화섬유직물Stabilized fiber fabric 35.835.8 실시예 5Example 5 TD1.2TD1.2 절단된 안정화섬유cleaved stabilizing fibers 1One 26.726.7 33 28.228.2 55 30.530.5 1010 32.732.7 2020 33.333.3

난연 특성 분석 실험을 통하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 재료의 한계산소지수(LOI)는 기준시료(비교예 1) 대비 현저하게 향상된 값을 갖는 것을 확인하였다.Through the flame retardant characteristic analysis experiment, it was confirmed that the limiting oxygen index (LOI) of the composite material according to one embodiment of the present invention had a significantly improved value compared to the reference sample (Comparative Example 1).

이와 같이, 본 발명의 예시적인 구현예들을 통해, 나노탄소구조체를 매트릭스 내에 고르게 분산시켜 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 난연 특성을 향상시킨 난연 에폭시 복합 재료를 쉽고 빠르게 제조할 수 있다.In this way, through exemplary embodiments of the present invention, it is possible to easily and quickly prepare a flame retardant epoxy composite material having improved flame retardancy as well as excellent mechanical properties by uniformly dispersing the nano-carbon structures in the matrix.

Claims (14)

난연 기재; 및 상기 난연기재 상에 형성된 난연코팅층;을 포함하며,
상기 난연코팅층은 고분자 수지, 탄닌산(TA)이 코팅된 섬유, 및 경화제를 포함하며,
상기 탄닌산은 상기 고분자 수지와 복합화된 것인, 난연 복합 단열 소재.
flame retardant materials; And a flame retardant coating layer formed on the flame retardant substrate,
The flame retardant coating layer includes a polymer resin, fibers coated with tannic acid (TA), and a curing agent,
The tannic acid is a composite flame retardant insulating material that is complexed with the polymer resin.
제1항에 있어서,
상기 난연 기재는 난연나노섬유 매트릭스 또는 폼 단열재로 구성되는, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The flame retardant substrate is composed of a flame retardant nanofiber matrix or foam insulation, flame retardant composite insulation material.
제1항에 있어서,
상기 난연 기재는 필러를 더 포함하고,
상기 필러는 나노탄소구조체를 포함하는, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The flame retardant substrate further comprises a filler,
The filler is a flame retardant composite heat insulating material containing a nano-carbon structure.
제1항에 있어서,
상기 경화제는 탄닌산인, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The curing agent is tannic acid, flame retardant composite insulation material.
제1항에 있어서,
상기 섬유는 PAN계 탄소섬유, pitch계 탄소섬유, 안정화 섬유, 아라미드, 및 FR레이온으로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The fiber is a flame retardant composite insulation material comprising at least one selected from the group consisting of PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, stabilized fiber, aramid, and FR rayon.
제1항에 있어서,
상기 고분자 수지는 에폭시 수지이고, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 및 페놀노볼락형 에폭시 수지 중에서 선택되는 하나 이상의 것인, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The polymer resin is an epoxy resin, and the epoxy resin is at least one selected from bisphenol A-type epoxy resin, bisphenol F-type epoxy resin, and phenol novolac-type epoxy resin.
제1항에 있어서,
상기 난연 복합 단열 소재는 상기 고분자 수지의 기능기 대비 0.1 내지 2.0 몰비로 경화제를 포함하는, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The flame retardant composite heat insulating material comprises a curing agent in a molar ratio of 0.1 to 2.0 relative to the functional group of the polymer resin, the flame retardant composite heat insulating material.
제1항에 있어서,
상기 경화제는 상기 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.05 내지 300 중량부로 포함되는, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The curing agent is included in 0.05 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin, flame retardant composite insulation material.
제1항에 있어서,
상기 섬유는 난연 복합 단열 소재 전체 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량%로 포함되는, 난연 복합 단열 소재.
According to claim 1,
The fiber is contained in 0.1 to 20% by weight relative to the total weight of the flame retardant composite heat insulating material, flame retardant composite heat insulating material.
고분자 수지, 탄닌산(TA)이 코팅된 섬유, 및 경화제를 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계; 및
상기 혼합 용액을 경화시키는 단계;를 포함하는, 난연 복합 단열 소재 제조 방법.
Forming a mixed solution by mixing a polymer resin, a fiber coated with tannic acid (TA), and a curing agent; and
Curing the mixed solution; including, flame retardant composite insulation material manufacturing method.
제10항에 있어서,
상기 코팅은 상기 탄닌산 및 섬유를 용매 상에서 분산시켜 코팅하는 것인, 난연 복합 단열 소재 제조 방법.
According to claim 10,
The coating is a flame retardant composite heat insulating material manufacturing method of coating by dispersing the tannic acid and fibers in a solvent.
제10항에 있어서,
상기 혼합 용액 형성 단계에서 상기 고분자 수지의 기능기 대비 0.1 내지 2의 몰비로 경화제를 혼합하는, 난연 복합 단열 소재 제조 방법.
According to claim 10,
In the mixed solution forming step, a flame retardant composite heat insulating material manufacturing method of mixing a curing agent at a molar ratio of 0.1 to 2 relative to the functional group of the polymer resin.
제11항에 있어서,
상기 용매는 경화에 앞서 상기 혼합 용액에서 제거되는, 난연 복합 단열 소재 제조 방법.
According to claim 11,
The solvent is removed from the mixed solution prior to curing, flame retardant composite heat insulating material manufacturing method.
제10항에 있어서,
상기 경화 단계는 120 내지 200 ℃의 온도 범위에서, 30분 내지 2 시간 동안 1차 경화시키는 단계, 및 170 내지 250 ℃의 온도 범위에서, 1 내지 4 시간 동안 2차 경화시키는 단계를 포함하는, 난연 복합 단열 소재 제조 방법.
According to claim 10,
The curing step comprises primary curing in the temperature range of 120 to 200 ° C. for 30 minutes to 2 hours, and secondary curing in the temperature range of 170 to 250 ° C. for 1 to 4 hours. Method for manufacturing composite insulation materials.
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