플라스틱 난연 (2), 난연제(Flame Retardant) 종류와 특성

플라스틱 난연 (2), 난연제(Flame Retardant) 종류와 특성

 

안녕하세요.

지난 포스팅에선 플라스틱 난연 관련하여 UL과 난연화에 대해 간략히 정리해보았습니다.

오늘은 제2탄으로 소재 분야에서 사용되고 있는 난연제의 종류와 각각의 특성에 대해 정리해보겠습니다.

 

먼저 난연제는 크게 할로겐계(Halogen) 난연제와 비할로겐계(Halogen Free) 난연제로 나뉩니다.

할로겐계 난연제는 브롬계, 염소계가 대표적이며, 비할로겐계 난연제는 인계, 무기계, 멜라민계 등이 있습니다.

요즘은 신체에 치명적일 수 있는 할로겐계 난연제를 대체하는 목적으로 비할로겐계 난연제를 사용하려는 추세입니다.

그럼 각각 카테고리 별로 한 번 알아보도록 하겠습니다.

 

(1) 할로겐계 난연제

크게 2가지로 브롬계(Br)와 염소계(Cl)로 나뉠 수 있지만 브롬계 난연제가 압도적으로 많이 사용되고 있는 상황입니다.

가격 대비 난연 효율이 가장 우수한 난연제이며, 전자기기, 하우징 부품 등 다양한 분야에서 사용이 되고 있습니다.

건강과 환경 문제로 인해 사용에 대한 압박을 받고 있어 국내외에서 우수한 난연제를 개발 중에 있습니다.

 

할로겐계의 기본 난연 메커니즘은 '라디칼 트랩 효과'입니다.

즉, 기체상에서 발생하는 라디칼을 안정화시켜 연소를 최소화시킨다고 볼 수 있죠

연소 과정에서 OHㆍ, Hㆍ라디칼이 발생하여 연속적인 발열 반응을 일으킴으로써 연소를 하게 되는데,

활성이 약한 Brㆍ, Clㆍ가 OHㆍ, Hㆍ를 대체하여 연소 금지 반응이 일어나는 것이 기본적인 원리입니다.

 

(2) 인계 난연제

보통 인 화합물로 구성이 되어 있고 고체상과 액체상에서 난연 반응이 이루어집니다.

난연 메커니즘은 인 화합물이 열분해 하여 폴리 메타인산을 생성하고 산소와 열로부터 보호층이 되고,

폴리 메타인산이 생성될 때, 동시에 발생하는 탈수 작용에 의한 Char 같은 탄소 피막이 만들어지고

생성된 Char는 산소를 차단하여 최종적인 난연 효과가 발생하게 됩니다.

 

(3) 무기계 난연제

수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬 등이 대표적인 무기계 난연제이고

가격이 싸고 타 난연제 대비하여 전기절연성이 좋은 특성을 가지고 있어 전선, 케이블 등에 적용이 되고 있습니다.

또한, 열에 의해 휘발되지 않는 특성을 가지고 있고 분해가 되어 불연성 기체를 생성하게 되죠

 

무기계 난연제의 난연 메커니즘은 2가지로

첫 째, 만들어진 불연성 기체가 재료 표면의 도포되어 산소의 접근을 막고 가연성 기체를 희석시켜주는 메커니즘

둘째, 난연제가 분해될 때 발생하는 흡열 반응으로 인한 연소를 최소화하는 메커니즘

으로 난연 화가 이루어지게 됩니다.

 

(4) 멜라민계 난연제

대표적인 비할로겐계 난연제로 점차 사용량이 증가하고 있는 추세입니다.

난연 메커니즘은 멜라민 휘발에 의한 산소 접근 차단, 흡열 반응에 의한 열감소 효과입니다.

멜라민 시아누레이트(Melamine Cyanurate)가 현재 플라스틱 소재 분야에서 사용 중이며,

멜라민+인계 난연제도 점차 개발 중에 있습니다.

 

 

지금까지의 내용을 요약을 해보자면,

1. 현재 난연 Trend는 인체에 유해한 할로겐계보다 비할로겐계이다.

2. 난연화는 라디칼 제거, 가연성 가스 희석, 불연성 화합물 생성, 열차단 등에 의해 이루어진다.

3. 위에 말한 4가지의 난연제 이외에도 난연화를 보조해줄 다양한 것들이 있다.

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현재 국내외에서 다양한 분야에 사용되고 있는 난연제.

향후 진행되는 소재 산업 변화 속에서 핵심 키워드가 될 수도 있습니다.

오늘 하루도 내일도 후회 없이 삽시다!