KR20090076851A

KR20090076851A - 기공이 있는 물질의 가공을 위한 난연제 조성물

Info

Publication number: KR20090076851A
Application number: KR1020090001985A
Authority: KR
Inventors: 김태중; 드미트리 드미트리예비취 말다프스키; 블라디미르 니콜라예비취 가베르도프스키
Original assignee: 정봉길; 김대수; 김태중
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2009-07-13
Also published as: RU2354679C1

Abstract

본 발명은 기공을 가진 구조의 물질에 난연성을 부여하기 위해 사용되는 난연제 조성물로서, 설파민산 암모늄 10-30 중량부, 알칼리금속의 탄산염 및 알칼리금속의 중탄산염으로부터 선택되는 1종 이상의 수용성 무기염 0.5-8 중량부, 및 물 100 중량부를 포함하는 난연제 조성물을 개시한다. 본 발명의 난연제 조성물은 무독성이며, 공업적 및 상업적으로 용이하게 이용할 수 있는 소수의 성분만으로 되어 있어서 저렴한 비용으로 제조될 수 있으며, 다양한 형태의 기공을 가진 물질에 대해 난연제 조성물로서 광범위하게 적용될 수 있다.

난연제, 기공을 가진 물질, 설파민산 암모늄, 탄산염, 중탄산염,

Description

기공이 있는 물질의 가공을 위한 난연제 조성물{FLAME RETARDANT COMPOSITION FOR POROUS MATERIALS}

본 발명은 기공을 가진 물질의 가공을 위한 난연제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 직물류, 지류, 목재류, 포롤론, 합성 솜 등의 기공을 가진 물질에 난연성을 부여하기 위한 난연제 조성물에 관한 것이다.

전술한 물질들에 대해 난연성을 부여하기 위한 방법으로서, 예를 들면, 직물섬유에 연소를 억제하기 위해 무기류(안티피렌)을 첨가하는 방법이 알려져 있는데, 이 방법은 직물의 물리적 기계적 특성을 악화시킨다. 특히 브롬을 함유하는 난연제는 환경호르몬을 발생시키는 유해물질로 알려져 있어서, 치명적인 문제를 안고 있다.

다른 방법으로서, 물질의 표면상에서의 불길의 확산을 억제하는 보호막을 형성하는 조성물을 이용하는 방법이 있다. 기공을 가진 물질은 그것의 미세 모세관을 통해 조성물의 통과를 허용하며, 건조 후에는 조성물이 모세관 역역에 남게 된다. 불길에 노출되어 온도가 어느 정도 상승하면 조성물에 함유되어 있는 염류의 분해가 일어나서 가스를 발생시킨다. 그 결과, 발생된 가스가 공기 중 산소의 접 근을 막아주는 효과를 발휘하여 발화 지점이 봉쇄될 수 있다. 이것은 불길에 노출된 상황하에서 그 물질이 불에 타지 않도록 하는 특성을 부여한다. 따라서, 연소 장소에 노출 시 이런 물질은 불길을 확산시키지 않고 다만 그 주위가 타게 된다. 이 경우 물질의 국부적 손상은 일어나지만 다른 곳으로 불이 확산되는 조건의 조성을 지연시킬 수 있다.

질소 함유 화합물을 포함하는 다(多)성분 수용성 형태로서 알려진 일련의 조성물(인산 암모늄, 중인산 암모늄, 황산 암모늄, 요소 및 일련의 다른 성분들( 영국 특허 2301122); 트리스아지리딘포스핀옥사이드, 시안아미드, 인산 암모늄, 황산아미드, 황 또는 염산 (독일연방특허출원 2028999))이 알려져 있는데, 이들은 여러 가진 성분을 사용하고 있어서, 비용의 상승을 초래하고 그 제조과정이 복잡하다.

종이류 가공을 위한 난연제로서 설파민산 암모늄계 조성물이 폭넓게 적용되어 왔는데, 통상 설파민산 암모늄은, 제품에 내구성, 흡착성, 탈색방지성, 난연제 조성물이 모세관으로부터 쉽게 씻겨나가지 않도록 하기 위한 특성, 가스 발생에 의한 보호성 개선을 부여하기 위한, 난연제 조성물의 첨가제로서 이용된다.

설파민산 암모늄을 포함하는 조성물로서는 다음과 같은 것들이 알려져 있다.

- 수용성 황산 암모늄, 설파민산 또는 이미다설파민산 암모늄 및 추가로 인산 암모늄, 구안니딘인산염, 암모니아알루미늄인산염 (영국 특허 1174866)

- 수용성 설파민산 암모늄과 시안아미드 (미국 특허 2771379)

- 수용성 설파민산 암모늄, 시안아미드, 붕산, 방습제- 베르네라 복합체 (미국 특허 2723212)

- 수용성 붕소 혼합물, 인산암모늄, 설파민산 암모늄 (일본 특허 89139900)

- 수용성 설파민산 암모늄과 시안아미드 (일본 특허 83109577)

- 수용성 설파민산 암모늄과 요소 (일본 특허 8082688)

- 수용성 설파민산 암모늄, 붕소, 인산 (캐나다 특허 983225)

- 수용성 축합인산염(84% P₂O₂), 설파민산 암모늄과 요소 (일본 특허 7413499)

종이류에 적용하기 위한 수용성 형태로서 물에 녹는 무기염 조성물이 알려져 있다. 축합 인산 암모늄과 설파민산암모늄의 1:1 내지 9:1, 바람직하기로는 1:4 내지 4:1의 비율의 혼합물이 알려져 있다(독일 특허 2936762). 이 조성물은 비용이 저렴하고, pH가 중성 부근의 6-8일 때 3중량%의 축합인산 암모늄과 2중량%의 설파민산 암모늄의 혼합물은 연소를 지연시키는 효과가 좋지만, 오직 종이에만 적용된다.

알칼리 금속의 탄산염을 포함하는 조성물도 알려져 있기는 하나, 황산, 황산알킬, 황산알킬아릴, 붕산 등과의 혼합물로서 사용되었다.

본 발명은, 다양한 형태의 기공을 가진 물질에 난연성을 부여하기 위한 조성물로서 효과적이고, 무독성이며, 공업적 및 상업적으로 용이하게 이용할 수 있는 원료를 이용하여 제조될 수 있으며, 소수의 성분으로 되어 있고 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 난연제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 설파민산 암모늄과 수용성 무기염을 포함하는 조성물이 제공된다. 상기 수용성 무기염은 알칼리금속의 탄산염 및/또는 알칼리금속의 중탄산염이다.

일 실시예에 있어서, 상기 조성물은 하기 조성을 포함한다.

설파민산 암모늄: 10-30 중량부

알칼리금속의 탄산염 및/또는 알칼리금속의 중탄산염: 0.5-8 중량부

물: 100 중량부

상기 알칼리금속으로는 나트륨 및/또는 칼륨를 이용할 수 있다.

상기 성분들을 물에 용해할 때 용액의 높은 염기도 때문에 알칼리금속의 탄산염 및/또는 알칼리금속의 중탄산염은 설파민산 암모늄과 반응하여 설파민산 나트륨 및/또는 설파민산 칼륨을 형성한다.

상기 조성물에서, 알칼리금속의 탄산염 및/또는 알칼리금속의 중탄산염은 설파민산 암모늄과 마찬가지로 난연성을 부여하는 성분으로서 사용된다. 이들 성분은 단독으로 사용되기 보다는 조합하여 사용됨으로써 기공을 가진 물질의 난연성을 크게 개선시킬 수 있다.

연소 시 상기 조성물은 독성 물질을 발생시키지 않으며, 설파민산 암모늄과 알칼리금속의 탄산염이나 중탄산염 모두 구입이 용이하고 값이 저렴하다.

상기 조성물에서, 설파민산 암모늄의 함량은 물 100 중량부당 10 내지 30중 량부로 하는 것이 바람직한데, 함량을 그 이상으로 높여도 난연성 개선 효과가 크게 증가되지 않고 경제적으로도 적합하지 않으며, 그 이하로 낮추는 경우에는 난연성 개선 효과가 충분하지 않다.

본 발명의 난연제 조성물은 무독성이며, 공업적 및 상업적으로 용이하게 이용할 수 있는 원료만을 이용하고, 소수의 성분만으로 되어 있어서 저렴한 비용으로 제조될 수 있으며, 다양한 형태의 기공을 가진 물질에 대해 난연제 조성물로서 광범위하게 적용될 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 하기 실시예는 단지 본 발명의 예시를 위한 목적으로 기재된 것이며, 본 발명의 범위를 이로만 제한하고자 하는 것은 아니다.

조성물의 제조예 1:

13 내지 14℃의 물 50g이 들어 있는 용기 안에 11g의 설파미드산을 첨가하고 산의 완전한 용해를 위해 10-15분간 유지한다. 그 다음 황산 암모늄과 설파미드산(H₂NSO₂OH)의 가수분해를 억제하고 암모니아의 가스 형성을 피하고, 25℃ 이상으로 온도가 상승되지 않도록 28%의 암모니아수 7g을 1.5g씩 나누어 첨가한다. 암모니아수를 모두 첨가하게 되면 형성되는 설파민산 암모늄 수용액은, 물 100 중량부에 대해 설파민산 암모늄이 23.5중량부 존재하는 농도로 된다(설파미드산을 기준으 로 하면 19% 내지 20%). 이 용액에 3.30g의 건조 탄산칼륨을 첨가하고 조심스럽게 저어준다.

조성물의 제조예 2:

설파민산 암모늄 수용액 중의 설파민산 암모늄의 양을 변화시킨 것을 제외하고는 제조에 1에 기재된 방법에 따라 조성물을 제조하였다. 설파민산 암모늄 11.75g을 물 50g에 용해하고 3.0g의 탄산나트륨을 첨가하고 조심스럽게 저어주었다.

실시예:

본 발명의 조성물의 난연성에 대한 평가를 위해, 대조용 조성물과 본 발명의 조성물을 이용하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.

1. 조성물의 난연 효과 평가

15-20 ℃에서, 제조예 1에서 얻은 조성물이 들어 있는 용기에 20x15 cm의 비교적 큰 조각 모양의 범포 직물을 넣고 0.5-2분 동안 담구어 상기 직물이 상기 조성물로 적셔지도록 하였다. 흡착 시간을 줄이기 위해 조성물의 온도를 50℃까지 높여도 무방하다. 조성물이 흡착된 직물을 상기 용기로부터 꺼내어 적절히 짠다음 온도 조절기에서 건조시켰다.

상기 조성물로 난연 처리된 직물의 품질은 흡착 시간에 따라 달라질 수 있는 것으로 나타났다. 사용되는 조성물의 농도 증가가 난연성 증대 효과와 비례하지는 않는 것으로 나타났으며, 조성물의 사용량(설파미드산 기준으로 계산됨)은 직물 1m² 에 대해 15g으로 하였다.

상기 조성물로 처리된 직물을 완전히 건조 시킨 후 통풍이 되는 통에 넣고 가스 점화기로 점화시켰다. 가공된 직물은 불에 노출 했을 시 그 주위가 연소되지만, 조성물의 분해에 의해 발생된 가스로 계속적인 불길 확산은 일어나지 않았다.

2. 공장 조건하에서 마찬가지로 실험을 실시하였다. 폭 1.2m, 길이 50m의 위장 직물과 유사한 하바로프스크롤의 직물을 자동 라인으로 작업하였다. 그 라인의 시작되는 부분에서 롤을 자동으로 편 다음에 초당 1.0-1.5m 속도로 이동시켜 테스트 조성물이 용해된 탕을 통과하도록 하여 테스트 조성물로 처리한 다음 순차적으로 짜는 롤 및 건조 롤을 통과하도록 한 다음 건조된 직물이 롤에 감기도록 하였으며, 이 모든 과정을 자동 시스템으로 실행하였다.

이 직물에 대한 난연성 평가는 소방 안전 번호 HPB 257-2002(직물 물질. 침대류. 경가구. 커튼류. 화염 상태의 직물 실험 방식)에 의거하여 실시하였다.

본 발명의 조성물로 가공된 직물은 불길에 노출 시 조성물의 분해로 발생되는 가스로 인해 불길이 크게 노출되지 않고 그 주위만 타는 현상을 보여주었다. 가공된 직물을 보다 장 시간 불길에 노출시키는 경우에도 잠깐 동안 불길 출현이 있을 수 있으나 이 불길은 직물의 표면에 의해 확산되지 않았으며 직물을 불길지역으로부터 다른 곳으로 이동시키면 사라지는 것으로 나타났다. 불길에 노출된 직물에 연속적으로 직물 불길 실험을 실시한 경우에는 그 주변이 보다 깊이 타는 것으로 나타났다. 점화 장소로부터 소화 장소까지 불에 탄 띠의 길이를 측정한 지수에 의해 연소지연 효과를 평가했다.

3. 본 발명의 조성물은 목재와 목재로 만든 제품류에도 유사한 효과를 나타내었다.

목재류에 대한 평가시험은 HPB 251-98에 따라 실시하였다. 크기가 20x5x3cm인 잘 건조된 소나무 조각(10개)을 조성물이 들어 있는 통에 1분 동안 담그어 적신 뒤 온도 조절기에서 건조시켰다. 완전히 건조된 후에 통풍이 되는 통에 넣고 가스 점화기로 가연하였다. 목재는 연소되지 않고 불길 형성 없이 주위가 타는 것으로 나타났다.

4. 그 외 직물과 다른 물질에 대해서는 담그어 적시는 침수방법 외에 들이부어 끼얹는 방법으로도 난연처리를 하였다. 이를 위해, 살포기 또는 붓으로 도포하거나 롤러 등을 이용할 수 있다.

이런 방법으로 직물과 목재 부품으로 제조된 소파와 탁자 등의 완제품도 가공할 수 있었다. 들이부어 끼얹는 것은 테스트 물질 또는 제품이 충분히 적셔질 때까지 여러 번(2-3회) 반복하였다. 그리고 자연 조건 하에 건조시켰다. 점화 시 불길은 관찰되지 않았으며 제품은 화염 확산 없이 주위가 타는 것으로 나타났다.

5. A4 규격 형태의 종이에 조성물을 들이붓고 다리미로 건조한 다음 평가실험을 실시하였다. 점화 시 불길이 관찰되지 않았다. 시간이 경과되면, 종이는 연소 없이 손상만 되는 것으로 나타났다.

본 발명의 조성물로 가공된 모든 제품들은 원색의 변화가 심각하지 않았으며, 견고성도 악화되지 않았다.

실험에 사용된 조성물의 조성 및 평가 결과는 표 1과 표 2에 나타내었다.

표 1과 표 2로부터 알 수 있듯이, 설파민산 암모늄과 알칼리금속의 탄산염 및/또는 중탄산염이 혼합된 본 발명의 조성물은 양호한 난연성 효과를 나타내었지만, 이들 성분의 단독 사용으로는 양호한 난연성 효과를 얻을 수 없었다.

표 1. 테스트 조성물의 조성 및 난연성 평가 결과

실험번호	물 100중량부에 함유된 성분(중량부)					탄 띠의 길이(mm)
실험번호	H₂NSO₂O^- NH₄ ⁺	Na₂CO₃	NaHCO₃	K₂CO₃	KHCO₃	탄 띠의 길이(mm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(대조실험) 11	23.5 23.5 30 25 20 11 25 15 10 30 23.5	6 4 2 2	8 2 2	6 0.5 4 2 1.5	6 3 1.0	38 40 40 39 41 59 39 52 53 60 38

표 2. 탄산염 화합물이 조성물의 난연성 효과에 미치는 영향

실험번호	질량 부분 물 100에 함유 성분 질량 부분					탄 띠의 길이(mm)
실험번호	H₂NSO₂O^- NH₄ ⁺	Na₂CO₃	NaHCO₃	K₂CO₃	KHCO₃	탄 띠의 길이(mm)
1(대조실험) 2(대조실험) 3(대조실험) 4(대조실험) 5(대조실험) 6(대조실험) 7(대조실험) 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22	10 15 20 23.5 40 - - 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5	- - - - - 2 - 2 4 8 10 - - - - - - - - - - -	- - - - - 10 - - - - - 4 6 8 - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - 2 4 6 10 - - - -	- - - - - - 14 - - - - - - - - - - - 2 4 6 10	64 63 61 60 60 62 63 52 48 39 39 42 39 39 53 47 38 39 53 47 38 39

또한, 본 발명의 조성물은 내열성이 우수하고 공기에 노출되어도 분해되지 않으며 유리 또는 폴리에틸렌 용기에 충분히 오래동안 보관이 가능하다. 본 발명의 조성물은 흡착력이 좋아서 기공이 있는 다양한 형태의 물질의 모세관을 따라서 물질의 전 표면에 고르게 흡착될 수 있다. 본 발명의 조성물은 가공되는 물질의 구조를 손상시키지 않고 물리적 기계적 특성을 저하시키지 않으며 실질적으로 제품의 가격을 상승시키지 않는다. 본 발명의 조성물은 실질적으로 무독성(위험성 3등급)이다. 본 발명의 조성물은 원료 물질의 공급이 용이하고, 특별한 운송수단을 필요로 하지 않으므로 추가 장치 비용을 발생시키지 않는다.

Claims

기공을 가진 구조의 물질을 가공하기 위한 난연제 조성물로서,

설파민산 암모늄: 10-30 중량부

수용성 무기염: 0.5-8 중량부, 및

물: 100 중량부

를 포함하며, 상기 수용성 무기염이 알칼리금속의 탄산염 및 알칼리금속의 중탄산염으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 난연제 조성물
제1항에 있어서, 하기 조성을 포함하는 난연제 조성물:

설파민산 암모늄: 20-30 중량부

알칼리금속의 탄산염 및 알칼리금속의 중탄산염으로부터 선택되는 1종 이상의 수용성 무기염: 2-8 중량부, 및

물: 100 중량부
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 알칼리금속은 나트륨과 칼륨으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 난연제 조성물.