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PMMA-멜라민/ZnAl-LDH 나노복합체의 난연성

전문가 제언: ○ 본 연구는 Zn과 Al을 기반으로 하는 층상 아연-알루미늄 복수산화물(ZnAl-LDH; layered double hydroxide)을 운데센산으로 개질한 나노재료와 상업적 난연제인 멜라민을 단독으로 혹은 공동으로 PMMA 수지에 충전하였을 때의 열안정성과 난연성에 대한 것이다.

○ 폴리머-무기 나노복합체는 열안정성과 난연성이 개선되므로 이에 대하여 수많은 연구 개발이 이루어졌다. 그러나 UL-94 같은 실제적인 난연성 시험에는 합격할 수 없으므로 종래의 난연제와 병용하는 연구와 특허가 최근에 많이 발표되고 있다. 우리나라 연구계와 산업계에서도 이와 관련된 연구발표가 적지 않다.

○ 본 연구는 종래 난연제로서 멜라민을, 나노입자로 유기개질 ZnAl-LDH 를 선택하였다. 멜라민은 난연제로서 히트싱크, 발포제 역할을 하며, 또 질소를 포함하는 가스를 생성하여 희석제 및 소화제 역할을 한다. 한편 LDH는 물이 발생하므로 히트싱크 역할을 하며, 폴리머 표면에서 무기 보호막을 형성하여 산소 및 열전달을 차단한다. 2차원 나노입자로서 클레이가 가장 많이 연구되고 있지만, LDH는 음이온 계면활성제를 요하는 같은 2차원 나노입자라는 점에서 클레이 대신 새롭게 연구대상이 되고 있다. 새로운 난연제 개발을 위해 적절한 배합이라 생각한다.

○ 일반적으로 폴리머 나노복합체는 착화시간이 짧아지는 데 비하여 PMMA에 멜라민과 ZnAl-LDH를 한 가지 혹은 둘을 충전한 경우 착화시간이 증가하는 것은 의미 깊은 연구결과이다. 또 이 난연 시스템이 층상 실리카를 기반으로 한 것보다 난연성이 우수하다는 점도 특기할 만하다. 한편 난연성 검토에서 FPI와 FIAGRA 지수를 이용한 점도 드물게 보는 검토기법이라 생각한다. 나노복합체를 기반으로 한 폴리머의 난연화가 경제성 있는 기술로서 머지않은 장래에 실용화되기를 기대한다.

○ 다만, 첨가제 총량이 10% 이하일 때에는 나노분산이 안 되어 마이크로 복합체가 되었는데, 첨가제 총량이 증가했을 때 오히려 LDH가 무질서하게 분산된 것은 층상 클레이의 경우와는 달라 원인 규명이 필요하다

저자: Charles Manzi-Nshuti, Jeanne M. Hossenlopp, Charles A. Wilkie
자료유형: 학술정보