KR102423133B1

KR102423133B1 - 경량 내열성 실외용 난연소재

Info

Publication number: KR102423133B1
Application number: KR1020220007649A
Authority: KR
Inventors: 김권진; 김형수; 권우섭; 김성민; 김정훈; 김종원
Original assignee: 에이펙스인텍 주식회사
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2022-07-20

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌을 기반으로 인계난연제와 유리섬유를 혼합하여 강도와 탄성률이 우수하고 내자외선성이 우수하여 실외에서 사용하기에 적합한 경량 내열성 실외용 난연소재에 관한 것으로,
호모 폴리프로필렌 55~71wt%와, 인계난연제 15~25wt%, 유리섬유 10~20wt%, 그라파이트 3~6wt% 및 기타 첨가제로 이루어지고, 비중 1.15 이하, 내열온도 125℃ 이상, 인장강도 45㎫ 이상, 난연등급이 UL 94 기준 V1 등급 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 기타 첨가제로 산화방지제 0.4~0.6wt%, 열안정제 0.2~0.5wt%, 드립방지제 0.1~0.3wt%가 첨가되는 것을 특징으로 한다.

Description

경량 내열성 실외용 난연소재{Nonflammable Material for Outdoor}

본 발명은 경량 내열성 실외용 난연소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌을 기반으로 인계난연제와 유리섬유를 혼합하여 강도와 탄성률이 우수하고 내자외선성이 우수하여 실외에서 사용하기에 적합한 경량 내열성 실외용 난연소재에 관한 것이다.

난연소재는 불이 붙더라도 연소가 잘 이루어지지 않는 성질을 가진 소재를 의미한다. 이러한 난연소재는 불에 타기는 하지만 연소가 잘 되지 않으며, 보통 연소시 6분간의 화열(최고온도 500℃)에서 변형이나 발염 및 파손이 생기지 않도록 하는 것을 요구하고 있다.

이러한 난연소재는 불이 붙었을 때 약간의 유독가스를 발생하지만, 타들어가는 현상이 발생하지 않는 것으로, 불이 전혀 붙지 않는 불연재료와 구분되고 있으며, 다양한 종류의 난연소재가 개발되어 있다.

그런데, 기존의 난연소재는 대부분 실내용으로 내자외선성이 높지 않아 태양의 빛이나 자외선에 지속적으로 노출되는 실외용 소재로는 적합하지 않다는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 60 내지 90 질량%의 입자상 및/또는 섬유질 리그노셀룰로스 물질로 된 담체; 및 상기 입자상 및/또는 섬유질 리그노셀룰로스 물질로 된 담체에 고정된 40 내지 10 질량%의 난연성 농축물을 포함하며, 곤충, 진균, 및 곰팡이에 의한 손상에 대한 큰 내성, 및 세척에 의한 큰 제거 내성을 가지며, 난연성 반제품 및 난연성 성형체의 형태로서 되며, 건축물 및 여가 분야에 이용되는 실외용 용도로서 사용될 수 있는 리그노셀룰로스 복합체용 난연성 혼합물을 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 유기 인 화합물, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 가용성인 유기 인 화합물로 이루어진 하나 이상의 난연제 및 2-하이드록시벤조페논, 2-하이드록시벤조트리아졸, 유기 니켈 화합물, 살리실산 에스테르, 신남산 에스테르 유도체, 레조르시놀 모노벤조에이트, 옥사닐리드, 하이드록시벤조산 에스테르, 입체 장애된 아민 및 트리아진으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 자외선 안정화제를 포함하고, 단층 또는 다층으로 이루어지며, 결정성 열가소성 수지로부터 제조된 두께가 5 내지 300㎛인 투명한 난연성 자외선 안정성 필름 및 그 제조방법을 개시하고 있다.

특허문헌 3은, 보행로 기능을 수행하는 매트부와, 재귀반사성 소재 또는 야광 소재로 제작되어 상기 매트부의 테두리를 따라 마련되는 경계식별부를 포함하며, 이러한 경계식별부의 재귀반사 또는 야광 기능을 통해 보행자로 하여금 보행로인 매트부의 폭과 보행 경로를 시각적으로 용이하게 파악할 수 있도록 하여, 보행자의 야간 보행 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 경계 식별성 및 난연성이 향상된 실외용 매트를 개시하고 있다.

KR

10-2006-0109949

A

KR

10-2001-0076398

A

KR

10-2020-0000577

A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폴리프로필렌을 기반으로 인계난연제와 유리섬유를 혼합하여 강도와 탄성률이 우수하고 내자외선성이 우수하여 실외에서 사용하기에 적합한 경량 내열성 실외용 난연소재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재는, 호모 폴리프로필렌 55~74wt%와, 인계난연제 15~25wt%, 유리섬유 10~20wt%, 및 기타 첨가제로 이루어지고, 비중 1.15 이하, 내열온도 125℃ 이상, 인장강도 45㎫ 이상, 난연등급이 UL 94 기준 V1 등급 이상인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재에 따르면, 상기 인계난연제는 무기계 인계난연제 또는 유기계 인계난연제로 이루어지며, 할로겐 원소를 포함하지 않는 할로겐 프리 인계난연제인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재에 따르면, 상기 기타 첨가제로 산화방지제 0.4~0.6wt%, 열안정제 0.2~0.5wt%, 드립방지제 0.1~0.3wt%가 첨가되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재에 따르면, 상기 열안정제의 일부가 자외선 안정제로 대체된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재에 따르면, 그라파이트 3~6wt%가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재는 호모 프로필렌을 주성분으로 하여 인계난연제와 유리섬유을 첨가하고 추가로 드립방지제 등을 첨가하여 제조됨에 따라 비중이 낮고 내열온도와 인장강도가 우수할 뿐만 아니라 내자외선도 우수하여 실외에서 사용하기에 적합한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 경량 내열성 실외용 난연소재의 조성을 나타내는 도표.
도 2는 본 발명에 따른 경량 내열성 실외용 난연소재의 물성 목표치와 그 결과를 나타낸 도표.

이하, 본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 경량 내열성 실외용 난연소재는, 도 1에 도시된 바와 같이, 호모 폴리프로필렌 55~74wt%와, 인계난연제 15~25wt%, 유리섬유 10~20wt%, 및 기타 첨가제로 이루어지는 조성을 갖는다.

여기서, 상기 기타 첨가제로는 산화방지제와 열안정제 및 드립방지제가 사용되며, 산화방지제 0.4~0.6wt%와 열안정제 0.2~0.5wt% 및 드립방지제 0.1~0.3wt%가 각각 첨가된다.

상기 산화방지제(Antioxidants)는 산소와의 접촉으로 인해 라디칼이 발생되어 원재료의 물성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로, 무독성과 성형안정성, 수지융화성 및 다른 첨가제와의 혼합성이 좋아야 한다. 이러한 산화방지제로는 비스페놀계나 고분자형 폐놀계, 유향계 및 인계 산화방지제가 있으며, 본원 발명과 같이 포리프로필렌을 주재료로 하는 경우에는 저휘발성의 고분자형 폐놀계 산화방지제와 함께 디라우일 티오디프로피오네이트, 디스테아릴 티오디프로피오네이트 등의 과산화물 분해제를 병용하여 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 산화방지제의 함량이 너무 적으면 그 효과가 미약하므로 0.4wt%를 하한으로 하고, 일정량을 넘더라도 그 효과가 제한적이므로 0.6wt%를 상한으로 한다.

또, 상기 열안정제(Heat Stabilizer)는 수지 조성물을 고온에서 혼합 또는 성형할 때 조성물의 열적 분해를 방지하기 위한 것으로, 마그네슘 알루미늄 하이드록사이드 카보네이트 수화물이 사용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 열안정제의 함량이 너무 적으면 그 효과가 미약하므로 0.2wt%를 하한으로 하고, 일정량을 넘더라도 그 효과가 제한적이므로 0.5wt%를 상한으로 한다.

이 경우 상기 열안정제의 일부가 자외선 안정제로 대체됨으로써 난연소재의 내자외선성을 향상시킬 수 있는데, 자외선 안정제는 열안정제의 20% 이하인 것이 바람직하다.

상기 드립방지제(Anti-Dripping Agent)는 수지가 연소될 때 촛농처럼 뚝뚝 떨어지는 것을 방지하기 위한 첨가제로서, 난연보조제의 역할도 수행한다. 구체적으로, 드립방지제는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리헥사플루오로프로필렌(PHFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등과 같은 불소계 중합체로 이루어지지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 드립방지제의 함량이 너무 적으면 그 효과가 미약하므로 0.1wt%를 하한으로 하고, 일정량을 넘더라도 그 효과가 제한적이므로 0.3wt%를 상한으로 한다. 드립방지제로 이용되는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 등의 불소수지는 열적, 화학적 성질이 뛰어나고, 자외선이나 가시광선에 강한 특징이 있다.

상기 호모 폴리프로필렌(Homo Polypropylene)은 프로필렌만으로 중합한 고분자로서, 입체 규칙성이 좋으므로 높은 결정화도를 갖는 수지이다. 이에 따라, 강성(Stiffness)과 내열성(Thermal Resistance)이 우수한 특징이 있으므로, 난연소재의 주재료로 사용한다.

상기 인계난연제는 인 화합물로 이루어지는 것으로, 고체상과 액체상에서 각각 연 반응이 발생되도록 한다. 구체적으로, 인계난연제에서는 인 화합물이 열분해하여 폴리 메타인산을 생성함으로써 산소와 열에 대한 보호층을 형성하고, 폴리 메타인산이 생성되는 과정에서 동시에 발생하는 탈수 작용에 의해 차르(Char) 등과 같이 산소를 차단하는 탄소 피막이 생성됨으로써, 최종적인 난연 효과가 발생되도록 한다.

이러한 인계난연제는 적인, 암모늄 페이스트, 암모늄 폴리페이스트 등의 무기계와, 지방족 및 방향족 포스페이스트로 이루어진 첨가형 인계난연제와 열가소성 수지에 반응하는 인계 화합물로 이루어진 반응형 인계난연제로 구분되는 유기계로 분류된다. 다만, 본 발명에서는 무기계 인계난연제 또는 첨가형 인계난연제가 사용되는 것이 바람직하며, 할로겐 원소가 포함되지 않은 할로겐 프리 인계난연제가 사용되는 것이 더욱 바람직하다.

다만, 인계난연제의 성분이 충분하지 않으면 난연성능이 저하되고 인계난연제의 성분이 일정 비율을 초과하더라도 난연성능이 거의 상승하지 않으므로, 인계난연제의 비율은 15~25wt%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 유리섬유(Glass Fiber; GF)는 유리를 용융시켜 섬유 모양으로 가공한 것으로, 강도가 우수하고 불연성이 있어 난연소재에 적합하다. 하지만, 신장율이 낮고 내굴곡성와 내마찰성이 불량함은 물론 비중이 높아 무거우므로 20wt%를 상한으로 한다.

상기한 조성으로 경량 내열성 실외용 난연소재를 제조하게 되면, 비중 1.15 이하, 내열온도 125℃ 이상, 인장강도 45㎫ 이상이면서, 난연등급이 UL 94 기준 V1 등급 이상이고, 내자외선성이 우수하여 실외에서 사용하기에 적합한 난연소재가 얻어진다.

<실시예>

본 발명의 경량 내열성 실외용 난연소재의 개발을 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 호모 폴리프로필렌 64wt%와, 인계난연제 15wt%, 유리섬유 20wt%, 산화방지제 0.4~0.6wt%, 열안정제 0.2~0.5wt% 및 드립방지제 0.1~0.3wt%의 조성으로 난연소재를 개발하였다.

이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 밀도가 1.15g/㎠이고, 인장강도가 53㎫, 굴곡강도가 75㎫, 굴곡탄성률이 4300㎫, 충격강도가 60J/m, 내열온도가 141℃이며, 난연성능이 UL94 기준으로 V1 등급이 나타남으로써, 목표 성능을 만족함이 확인되었다.

이때, 3~6wt%의 그라파이트(Graphite)가 더 포함될 수도 있다. 다만, 이 경우에는 호모 폴리프로필렌의 상한을 71wt%로 제한하는 것이 바람직하다. 상기 그라파이트는 난연성능을 증대시키고 외부 노출 제품의 내자외선 성능을 개선함과 아울러 색상을 구현하기 위한 것이다. 그라파이트가 첨가되지 않을 경우 백색 계통의 색상으로 인해 자외선에 취약한 단점이 발생하므로, 그라파이트를 첨가하여 회색~블랙 색상을 구현하여 내자외선성을 향상시키는 것이 바람직하다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

호모 폴리프로필렌 55~71wt%와, 인계난연제 15~25wt%, 유리섬유 10~20wt%, 그라파이트 3~6wt% 및 기타 첨가제로 이루어지고,
상기 기타 첨가제로 산화방지제 0.4~0.6wt%, 열안정제 0.2~0.5wt%, 드립방지제 0.1~0.3wt%가 첨가되며,
비중 1.15 이하, 내열온도 125℃ 이상, 인장강도 45㎫ 이상, 난연등급이 UL 94 기준 V1 등급 이상인 것을 특징으로 하는 경량 내열성 실외용 난연소재.
제1항에 있어서,
상기 인계난연제는 무기계 인계난연제 또는 유기계 인계난연제로 이루어지며,
할로겐 원소를 포함하지 않는 할로겐 프리 인계난연제인 것을 특징으로 하는 경량 내열성 실외용 난연소재.
삭제
제1항에 있어서,
상기 열안정제의 일부가 자외선 안정제로 대체된 것을 특징으로 하는 경량 내열성 실외용 난연소재.
삭제