마이크로캡슐화된 팽창성 난연제를 적용한 고분자 복합재의 물성 및 난연 특성 분석 = Analysis of Physical Properties and Flame Retardant Characteristics of Polymer Composites Containing Microencapsulated Intumescent Flame Retardants

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 고분자 복합재의 난연성 및 수분 안정성을 향상시키기 위하여 실리카 기반 마이크로캡슐화 팽창성 난연제（microencapsulated intumescent flame retardant, MCIFR）를 제조하고, 이를 에폭시 매트릭스에 적용하여 물리적 특성 및 난연 특성을 분석하였다. 팽창성 난연제（intumescent flame retardant, IFR）는 일반적으로 산 공급원, 탄소 공급원 및 발포제로 구성되며, 연소 과정에서 팽창 탄화층을 형성하여 열과 산소의 이동을 차단함으로써 난연성을 부여한다. 그러나 기존 IFR은 친수성으로 인한 수분흡수나 고분자 매트릭스와의 낮은 상용성, 입자 응집 및 물성 저하 등의 한계를 가진다. 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 APP와 PER을 각각 TEOS 기반 실리카 쉘로 마이크로캡슐화를 진행하고, APTES 를 이용한 표면개질을 수행하였다. 본 연구에서는 실리카 기반 MCIFR 을 에폭시 매트릭스에 적용하여 복합재를 제조하였다. MCIFR 함량에 따른 열적 특성, 난연성, 수분흡수성 및 탄화층 형성 거동을 분석하였다. 실리카 기반 MCIFR 입자의 형성과 APTES 표면개질은 성공적으로 이루어졌으며, 제조된 MCIFR 을 에폭시 매트릭스에 첨가하여 복합재를 제조하였다. MCIFR 이 첨가된 에폭시 복합재는 열분해 후 잔류 char 양이 증가하는 것을 확인하였으며, 이는 무기 실리카 기반 쉘이 고온에서 잔류물 형성에 기여했기 때문이다. 또한 마이크로캡슐화는 친수성 IFR 성분이 수분에 직접 노출되는 것을 감소시켜 기존 IFR 함유 복합재와 비교하여 수분 저항성의 개선 가능성을 보여준다. LOI 결과, MCIFR 이 첨가된 에폭시 복합재는 Pure epoxy 와 비교하여 향상된 난연성을 나타내어 MCIFR 의 난연 효과를 확인할 수 있었다. 그러나 기존 IFR 함유 복합재와 비교했을 때 MCIFR 함유 복합재의 난연 성능은 다소 낮게 나타났으며, MCIFR 함량이 증가함에 따라 LOI 값은 감소하는 경향을 보였다. 이는 실리카 쉘에 의한 유효 IFR 성분 비율 감소, APP 와 PER 사이의 반응 지연, 고함량에서의 입자 응집, 그리고 다공성이 크고 연속성이 낮은 탄화층 형성에 기인한 것으로 판단된다. 따라서 MCIFR 은 Pure epoxy 대비 난연성 향상 효과를 보였으나, 기존 IFR 대비 난연 효율은 다소 제한적이었다. 특히 본 결과는 난연 성능이 단순한 char residue 의 양뿐만 아니라, 탄화층의 치밀성, 연속성 및 보호층으로서의 효율에 의해 크게 좌우됨을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• Background 2
• References 6
• II. 본론 9
• 1. Introduction 10
• 2. Experiment 14
• 3. Results & Discussion 21
• 4. Conclusion 37
• 5. References 39