난연제 플라스틱: 과거와 현재

난연제는 특정 화재 위험 시나리오에서 폴리머에 수동적인 화재 방지 기능을 제공하도록 설계된 화학 물질의 한 종류입니다. 난연제가 제공하는 화재 방지 기능은 발화 저항에서부터 화염 확산/열 방출 증가 속도 저하, 연기 및 독성 가스 감소까지 다양할 수 있습니다. 난연제는 올바르게 선택하고 구현하면 광범위한 안전 조치를 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 모든 난연제 솔루션은 특정 폴리머와 특정 테스트에 맞게 맞춤화되어야 한다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 즉, 난연제는 화재 확산을 방지하거나 저항하기 위해 열가소성 수지, 열경화성 수지, 직물 및 코팅에 사용되는 화학 물질입니다.

난연제는 플라스틱 제조 중 특정 시점에 플라스틱에 첨가되어 플라스틱에 특정 이점(예: 향상된 기계적, 열적 또는 전기적 특성, 색상, 산소 또는 자외선 차단)을 제공하는 폴리머 첨가제의 예입니다. 폴리머 자체로는 제공할 수 없습니다. 이해해야 할 한 가지 중요한 점은 하나의 특정 테스트에서 폴리머와 잘 작동하는 재료가 다른 테스트의 동일한 폴리머 또는 동일한 테스트의 다른 폴리머에는 적합하지 않을 수 있기 때문에 범용 난연제와 같은 것은 없다는 것입니다. 시험. 모든 난연제 적용은 특정 테스트에서 특정 폴리머에 맞게 조정되어야 합니다. 새로운 난연제 응용 분야를 개발하려면 고분자 화학, 고분자 열분해 거동 및 난연제 메커니즘에 대한 적절한 연구와 세심한 주의가 필요합니다.

2009년 난연성 화학물질의 세계 시장 규모는 30억 파운드 이상, 가치는 40억 달러가 넘었습니다. 이는 2014년까지 61억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 중요한 응용 분야에는 항공우주, 자동차, 전자 및 전기 제품, 카펫, 직물, 대중 교통(기차, 선박 및 지하철), 건축 및 건설, 군사, 전선 및 케이블이 포함됩니다.

가장 일반적인 난연제는 브롬계 난연제이며, 이는 광범위한 폴리머 및 응용 분야에서 뛰어난 효능과 저렴한 비용으로 인해 널리 사용됩니다. 이러한 물질은 1930년대부터 알려져 왔으며, 그 효과가 입증되었습니다. 그러나 일부 난연제 사용으로 인해 환경 및 건강 관련 문제가 발생하여 사용을 중단해야 합니다. 예를 들어 폴리염화비페닐(PCB)은 독성이 있다는 사실이 밝혀지면서 1977년에 금지되었습니다. EU는 2008년부터 여러 유형의 폴리브롬화 디페닐 에테르(PBDE)를 금지했습니다. 스웨덴이 모유에 축적된다는 사실을 발견한 지 10년 후.

환경 문제에 관한 한, 대중의 관심을 끌고 서구 세계에서 화학 물질에 대한 전반적인 반발을 불러일으킨 두 가지 중요한 환경 사건이 있었습니다. 여기에는 배출로 인해 수많은 사망을 초래한 런던의 그레이트 스모그(1952년 영국)와 잘못된 화학 물질 처리로 인해 물에 ‘불이 붙은’ 쿠야호가 강의 화재(1969년 미국 오하이오주 클리블랜드 근처)가 포함됩니다. 2006년에 펜타브로모디페닐 에테르와 옥타브로모디페닐 에테르는 이들 화학 물질의 마지막 주요 제조업체(현재 Chemtura의 일부인 Great Lakes Chemical Corporation)에 의해 자발적으로 철회되었으며 미국 환경 보호국(EPA)에 의해 엄격하게 규제되었습니다. 이러한 화학물질을 새롭게 크게 사용하지 않습니다.

이 외에도 2012년 5월에는 시카고 트리뷴(Chicago Tribune)에서 전체 화학 계열 난연제 금지를 요구하는 매우 유익한 기사를 게재했습니다. 시카고 트리뷴(Chicago Tribune)은 기사에서 플라스틱 제품에 사용되는 독성 화학물질이 암, 발달 문제, 신경학적 결함, 생식력 장애 등 심각한 건강 문제와 관련이 있다고 언급했습니다.

위에서 언급한 난연제의 단점을 염두에 두고 작년에 주요 변화 중 하나가 발생했습니다. 수십 년 동안 사용되어 온 난연제(예: 브롬화 디페닐 에테르 및 헥사브로모시클로도데칸(HBCD))은 2013년 또는 2014년 말 이후 더 이상 허용되지 않습니다.  일부 국가 규제 예외가 있더라도 이러한 난연제의 사용 시간 연장은 거의 불가능합니다. 1~2년이 넘습니다.

이러한 모든 관련 문제의 결과로 난연제 제조업체는 환경에 무해하고 건강 문제를 일으키지 않는 몇 가지 다른 난연제를 출시할 것을 생각했습니다.

난연제의 새로운 점은 무엇입니까?

브롬계 난연제 사용이 금지됨에 따라 많은 회사에서 새로운 대체품을 고안해 냈습니다. 대부분의 경우 대체품은 고분자 브롬화 폴리머입니다. 이는 고분자 물질이 저분자 물질보다 환경에 미치는 영향(생체 축적 및 독성 요인이 낮음)이 훨씬 낮은 경향이 있기 때문입니다. 고분자 난연제의 사용은 난연제 제조업체가 이 기술을 발전함에 따라 계속해서 사용될 가능성이 높습니다. 실제로, 고분자 난연제는 대체하는 난연제에 비해 제조 관점에서 몇 가지 우수한 장점을 가지고 있습니다. 특히, 플라스틱으로 용융 혼합하기가 더 쉽고, 최종 제품이 필러/첨가제가 포함된 폴리머가 아닌 폴리머/폴리머 혼합물이 되기 때문에 최종 플라스틱 제품의 특성 균형이 더 잘 유지될 수 있습니다. GreenArmor(Albemarle), Emerald Innovation(Great Lakes) 및 FR122(Israel Chemicals)와 같은 상표명을 가진 이러한 고분자 첨가제는 2012년의 새로운 추세이며 앞으로도 계속될 것입니다.

새로운 상업용 비할로겐화 난연제

비할로겐화 난연제의 첫 번째 새로운 그룹은 다음과 같이 제조된 고분자/올리고머 포스포네이트 화합물입니다.

FRX Polymers라는 회사입니다. FRX Polymers는 다양한 고분자 첨가제와 반응성 올리고머를 보유하고 있으며, 이들 모두는 용융되거나 다른 고분자와 혼합되거나 본질적으로 난연성 재료로 직접 사용될 수 있습니다. 섬유, 전자, 운송(항공우주, 기차), 건축 및 건설 분야에 적용할 수 있다고 주장됩니다. 가장 효과적인 것으로 보이는 폴리머는 폴리카보네이트, 폴리에스테르[불포화 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)], 열가소성 폴리우레탄 및 에폭시를 포함하여 폴리머 백본에 산소를 포함하는 폴리머입니다.

또 다른 회사인 Israel Chemicals Limited는 최근 또 다른 고분자 비할로겐화 난연제인 Fyrol HF-5를 출시했습니다. 이는 높은 수준의 인을 함유하고 있어 자동차, 매트리스 및 가구 응용 분야에 사용되는 연질 폴리우레탄 폼에 효과적일 수 있음을 시사합니다.

보호 코팅 – 새로운 난연성 접근 방식

열가소성 소재의 난연성 보호를 달성하는 또 다른 방법은 보호 코팅을 사용하는 것입니다. 열가소성 수지와 관련된 두 가지 주목할만한 접근 방식이 있습니다. 첫 번째는 열가소성 수지에 적외선 반사 코팅을 사용하여 재료가 열에 의해 분해되거나 발화될 정도로 가열되지 않도록 하는 것입니다.

또 다른 보호 코팅 접근법은 층별(LbL) 코팅을 사용하여 제공됩니다. 이들은 직물과 폼에 성공적으로 사용되었습니다.

플라스틱 적층 가공용 난연제

지난 해에는 새로운 기술이 새로운 시장, 새로운 응용 분야를 열었으며 플라스틱 제품 제조를 훨씬 더 다양한 회사에 제공할 수 있는 잠재력을 열었습니다. 이러한 폭발적인 변화를 일으키는 기술을 적층가공, 즉 3D 프린팅이라고 합니다. 적층 제조는 플라스틱 맞춤형 부품, 디자인 및 모양을 쉽게 사용할 수 있게 만드는 잠재력을 가지고 있으며, 이는 인쇄기가 문자를 훨씬 더 쉽게 사용할 수 있게 만든 것과 여러 면에서 매우 유사합니다.

문제는 난연제가 어떻게 등장하는가 하는 것입니다.

그 답은 인쇄된 부품의 적용을 살펴보면 알 수 있습니다. 보다 구체적으로 인쇄된 부품의 사용 및 해당 응용 분야와 관련된 화재 위험을 조사합니다.

모델로 사용할 장난감이나 깔끔한 모양을 프린팅하는 경우에는 3D 프린팅 프로세스와 호환되는 모든 플라스틱이 허용됩니다. 그러나 전자 애플리케이션이나 맞춤형 부품을 위한 맞춤형 케이스를 만드는 경우 화재 위험이 있을 수 있습니다. 플라스틱 부품 근처에서 전기 단락이 발생할 가능성이 있는 경우 난연성이 필요할 수 있으며, 이러한 요구 사항은 3D 프린팅에 사용되는 일반적인 열가소성 수지(일반적으로 HIPS 또는 ABS)로는 충족되지 않을 수 있습니다.

난연제 분야의 이러한 모든 발전 외에도 이 분야의 전문가들이 함께 모여 환경과 건강에 위협이 되지 않는 난연제 제조에 대해 논의하는 다양한 컨퍼런스가 국제 수준에서 개최되고 있습니다. 생명체의. 화재를 예방할 수 있기 때문에 난연제가 필요하다는 점에 우리 모두는 동의합니다. 그러나 난연제 제조업체는 모든 생명체의 건강을 침해하지 않고 환경 안전을 보장하는 방식을 고안하도록 노력해야 합니다.

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