우레아-포름알데하이드 마이크로캡슐을 이용한 자가소화 기능성 캡슐형 소화약제 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Modern society faces growing fire hazards due to the rising demand for lithium-ion battery-based products and the associated risk of electrical fires. Battery fires are particularly difficult to control in the early stages because of thermal runaway, leading to severe damage. Traditional fire suppression systems are often unsuitable for these fires, necessitating novel and efficient suppression technologies.
This study develops self-extinguishing microcapsules for early fire suppression by encapsulating a phosphorus-based perfluorinated composite agent in urea-formaldehyde (UF) resin. The morphology and chemical properties were characterized by FT-IR and optical microscopy, while TGA confirmed the release temperature. Fire performance tests demonstrated superior suppression capability.
This research provides comprehensive insights into composite fire-extinguishing agents and additives for enhanced early-stage fire control, showing improved self-extinguishing functionality and storage stability with UF-based microcapsules. The feasibility of applying these microcapsules in coating systems was confirmed, demonstrating effective fire suppression performance in simulated fire environments. These findings are expected to contribute to the development of efficient self-extinguishing fire suppression systems for early fire response, enhancing fire safety in real-world applications.

국문 초록 (Abstract)

현대 사회는 전기화재 및 리튬이온배터리 기반 제품의 수요 증가로 다양한 화재 위험에 노출되어 있다. 특히, 배터리 화재는 열폭주로 인해 초기 대응이 어렵고 대규모 피해를 유발하며 기존 소화 시스템은 이러한 화재에 적합하게 적용되기 어렵기 때문에 새로운 효율적인 화재 대응 기술이 요구된다.
본 연구에서는 초기 화재 진압을 위한 자가소화 마이크로캡슐 개발을 목표로, 복합 소화약제를 개발하고 인계 퍼플루오르 물질을 소화 첨가제로 사용하여 소화 성능을 향상시켰으며, 이를 Urea-formaldehyde (UF) 기반 마이크로캡슐로 캡슐화하였다. 개발된 약제와 소화 캡슐의 형상과 화학적 특성은 FT-IR과 광학현미경으로 분석하고 TGA로 캡슐의 약제 방출 온도를 확인하였으며 소화 성능 평가를 통해 효과적인 화재 진압 성능을 입증했다.
이 연구는 초기 화재 억제를 위한 다양한 조성의 복합 소화약제 및 소화 첨가제에 대한 정보를 제공하고, UF 기반 마이크로캡슐을 활용해 소화 캡슐의 자가소화 기능과 저장 안정성을 개선한 결과를 제시한다. 또한, 도막 형태로의 적용성과 효과적인 화재 성능 결과를 통해 실제 화재 환경에서 초기 화재 진압을 위한 효율적인 자가소화 기능성 소화 시스템으로써 기여하고 화재 안전성을 향상시킬 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ . 서 론 1
• 1.1. 연구배경 및 목적 1
• 1.2. 선행 연구동향 3
• Ⅱ . 이론적 배경 5
• 1.1. 소화약제의 종류 5
• 1.2. 마이크로캡슐의 특성 8
• 1.3. 마이크로캡슐화 방법 9
• 1.4. 쉘 물질의 검토 12
• Ⅲ . 실 험 14
• 3.1. 시약 및 기구 14
• 3.1.1. 재료 및 시약 14
• 3.1.2. 기구 및 장비 15
• 3.2. 소화약제의 제조 및 분석 17
• 3.2.1. 소화약제의 재료 선정 17
• 3.2.2. 소화약제의 제조 21
• 3.2.3. 합성 평가 및 소화 성능 평가 23
• 3.3. 소화 캡슐의 제조 및 분석 25
• 3.3.1. 소화 캡슐의 제조 25
• 3.3.2. 소화 캡슐의 특성 평가 27
• 3.3.2.1 모폴로지 분석 27
• 3.3.2.2. FT-IR 분석 27
• 3.3.2.3. TGA 분석 27
• 3.3.2.4. 소화 성능 평가 28
• 3.4. 첨가제를 도입한 소화약제의 제조 및 분석 29
• 3.4.1. 소화 첨가제의 합성 29
• 3.4.2. 첨가제를 도입한 소화약제의 제조 31
• 3.4.3. 제조 분석 및 소화 성능 평가 33
• 3.5. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 제조 및 분석 34
• 3.5.1. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 제조 34
• 3.5.2. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 특성 평가 37
• 3.5.2.1. 모폴로지 분석 37
• 3.5.2.2. FT-IR 분석 37
• 3.5.2.3. TGA 분석 37
• 3.5.2.4. 소화 성능 평가 38
• 3.5.2.5. 상온 보관성 평가 39
• 3.6. 소화 캡슐의 도막화 및 소화 성능 평가 40
• 3.6.1. 소화 캡슐의 도막화 40
• 3.6.2. 도막의 소화 성능 평가 41
• 3.6.3. 도막의 광학현미경 분석 및 보관성 확인 41
• Ⅳ . 결과 및 토론 43
• 4.1. 소화약제의 분석 43
• 4.1.1. 소화약제의 후보군 선정 및 분석 43
• 4.1.2. 소화약제의 제조 확인 48
• 4.1.3. 소화약제의 소화 성능 분석 50
• 4.2. 소화 캡슐의 분석 53
• 4.2.1. 소화 캡슐의 모폴로지 분석 53
• 4.2.2. 소화 캡슐의 FT-IR 분석 56
• 4.2.3. 소화 캡슐의 TGA 분석 58
• 4.2.4. 소화 캡슐의 소화 성능 분석 60
• 4.3. 첨가제를 도입한 소화약제의 분석 62
• 4.3.1. 소화 첨가제의 합성 분석 62
• 4.3.2. 첨가제를 도입한 소화약제의 제조 분석 64
• 4.3.3. 첨가제를 도입한 소화약제의 소화 성능 분석 66
• 4.4. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 분석 68
• 4.4.1. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 수득 결과 68
• 4.4.2. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 모폴로지 분석 70
• 4.4.3. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 FT-IR 분석 72
• 4.4.4. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 TGA 분석 74
• 4.4.5. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 소화 성능 분석 76
• 4.4.6. 첨가제를 도입한 소화 캡슐의 상온 보관성 평가 77
• 4.5. 소화 캡슐을 함유한 도막의 분석 79
• 4.5.1. 도막의 소화 성능 테스트 79
• 4.5.2. 도막의 광학현미경 분석 및 보관성 확인 84
• Ⅴ . 결 론 86
• 참고문헌 89
• 영문요약 94