KR100501797B1 - Fireproofing treatment method using water glass - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물유리를 이용한 난연처리방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 인체에 무해하고 우수한 난연효과를 갖는 물유리를 난연제로 사용하여 난연성의 부여가 요구되는 섬유, 직물, 부직포, 시트, 종이 등의 각종 피처리재에 뛰어난 내구성을 갖도록 난연처리를 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flame retardant treatment method using water glass, and more specifically, to a variety of fibers, fabrics, non-woven fabrics, sheets, paper, etc. which is required to impart flame retardancy by using water glass which is harmless to the human body and has excellent flame retardant effect as a flame retardant. It relates to a method of flame retardant treatment to have excellent durability to the material to be treated.
본 발명의 난연처리방법은, 피처리재에 난연제 성분인 물유리를 분무, 침지 또는 도포와 같은 방법으로 부여하는 물유리 처리단계; 상기 물유리 처리된 재료에 규산염물질과 반응하여 친유성기를 도입하는 알코올류, 케톤류 또는 에테르류 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 개질처리제와 규산염물질의 중합을 일으키는 산의 혼합처리제를 처리하여 물유리를 화학적으로 고화시킴과 동시에 친유성을 부여하는 물유리의 개질고화단계; 및 상기 혼합처리제 처리된 재료를 건조시켜 수분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The flame retardant treatment method of the present invention includes a water glass treatment step of imparting water glass, which is a flame retardant component, to a treated material by a method such as spraying, dipping or applying; The water glass is chemically treated by treating the water glass-treated material with one or two or more reforming agents selected from alcohols, ketones, or ethers which react with silicate materials to introduce lipophilic groups, and an acid causing polymerization of the silicate material. Reforming and solidifying step of the water glass to solidify and at the same time give lipophilic; And drying the treated material to remove moisture.
Description
본 발명은 물유리를 이용한 난연처리방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 인체에 무해하고 우수한 난연효과를 갖는 물유리를 난연제로 사용하여, 난연성의 부여가 요구되는 섬유, 직물, 부직포, 시트, 종이 등의 각종 피처리재에 뛰어난 내구성을 갖도록 난연처리를 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flame retardant treatment method using water glass, and more particularly, using a water glass that is harmless to humans and has excellent flame retardant effect as a flame retardant, such as fibers, fabrics, nonwoven fabrics, sheets, paper, etc. The present invention relates to a method for performing flame retardant treatment to have excellent durability on various materials to be treated.
호텔과 같은 대형 숙박업소를 비롯한 대중이 이용하는 시설물에서의 화재는 곧 인명의 사상을 동반한 대형 참사로 이어지는 경우가 많다. 이러한 이유로, 최근 화재로 인한 피해의 방지와 인명존중의 관점에서 많은 사람들이 이용하는 숙박이나 접객업소 등과 같은 시설물이나 대형 건축물에 사용하는 건축자재 등은 난연성 소재를 사용하도록 하는 난연화에 관한 소방법 등의 규제가 강화되고 있고, 이에 따라 난연소재나 난연화기술의 개발에 관련업계의 상당한 관심이 집중되고 있다.Fires in facilities used by the public, including large lodgings such as hotels, often lead to catastrophic disasters with the death of life. For this reason, in terms of prevention of damage caused by fire and respect for life, building materials used for large buildings such as lodging and hospitality, which are used by many people, etc. Regulations are being tightened, and accordingly, considerable interest in related industries is focused on the development of flame retardant materials and flame retardant technologies.
이와 같이 소방법 등에서 정한 난연화에 대한 규제에 부응하기 위하여, 예로부터 자체적으로 난연성을 갖는 소재를 발굴하여 널리 사용되어 왔고, 현재도 이러한 소재의 개발을 위한 노력이 지속적으로 이루어지고는 있지만, 모든 자재를 그 자체로 불연 내지 난연성을 갖는 것을 선택하여 사용한다는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에, 요구되는 다른 특성을 고려하여 소재 자체의 성질은 가연성인 것을 선택하되, 제조나 가공의 어느 단계에서 난연성을 부여하는 방법이 채택되고 있다.In order to comply with the regulations on flame retardancy specified in the Fire Protection Act, such materials have been found and widely used since ancient times. Although efforts have been made to develop such materials, all materials have been made continuously. Since it is practically impossible to select and use non-flammable or flame retardant by itself, in consideration of other required properties, the material itself is selected to be flammable, but at any stage of manufacturing or processing Is being adopted.
이렇게 가연성의 소재에 난연성을 부여하는 일반적인 방법으로는, 코팅 등의 방법으로 소재의 표면에 난연제를 처리하는 난연가공방법과, 소재의 제조공정, 예컨대 섬유의 방사공정이나 판넬이나 시트의 압출공정 등의 공정에서 난연성 첨가제를 첨가하는 방법 등이 있다.As a general method of imparting flame retardancy to a flammable material, a flame retardant method of treating a flame retardant on a surface of a material by coating or the like, a manufacturing process of a material such as a fiber spinning process or an extrusion process of a panel or sheet, etc. The method of adding a flame-retardant additive in the process of etc. is mentioned.
상기와 같이 난연성을 부여하기 위해 사용되는 각종 난연제 내지 난연성 첨가제들은, 예컨대 인산암모늄, 붕사, 붕산, 설파민산과 같은 비내구성 난연제, 예컨대 주석, 아연, 알루미늄의 불용성 인산염 또는 붕산염 및 제2주석, 제2철, 아연, 실리콘 등의 산화물과 같은 반내구성 난연제 및 THPC와 TMM의 축합물과 같은 내구성 난연제의 세 가지로 대별될 수 있다.Various flame retardants to flame retardant additives used to impart flame retardancy as described above are, for example, non-durable flame retardants such as ammonium phosphate, borax, boric acid, sulfamic acid, such as insoluble phosphates or borate salts of tin, zinc, aluminum and stannic tin, agent Semi-durable flame retardants such as oxides of ferric, zinc, silicon and the like and durable flame retardants such as condensates of THPC and TMM.
그런데, 최근에는 일부 난연소재 또는 난연제의 인체 유해성이 알려지면서, 단순한 난연효과 뿐만 아니라, 저유해성, 저발연성, 저부식성, 내열성을 겸비한 난연소재나 난연제의 개발에 연구력이 집중되고 있다. 또한 난연제의 부여는 추가적인 비용의 발생을 수반하는 작업이기 때문에 비용의 과도한 부담은 난연성 자재의 사용기피를 초래하여, 공중을 여전히 화재에 의한 인명사고에 부방비상태로 노출시키게 되는 결과를 가져오므로, 난연제는 비용이 저렴한 난연제의 필요성이 대두되고 있다.However, in recent years, as the human hazards of some flame retardant materials or flame retardants are known, research efforts have been focused on the development of flame retardant materials or flame retardants having not only a simple flame retardant effect but also low toxicity, low smoke, low corrosion resistance, and heat resistance. In addition, since the provision of flame retardants involves additional costs, excessive burdens of the costs result in the avoidance of use of flame retardant materials, which still exposes the public unprotected to fire accidents. Increasingly, flame retardants are in need of low cost flame retardants.
상기와 같은 특성을 가지는 난연제의 하나로서 주목받고 있는 것이 물유리이다. 물유리는 규산나트륨을 주성분으로 하는 소다 물유리가 일반적이지만, 칼륨 물유리, 소다칼륨 물유리 등의 물질도 모두 물유리로 분류되며, 모두 기본적인 주원료는 산화규소 즉 규사 또는 규석이다. 규사와 규석은 지구상에 존재하는 대표적인 광물로 풍부하게 얻어질 수 있으며, 상품으로 널리 공급될 수 있는 물질이기 때문에, 물유리는 저렴한 비용으로 난연성을 부여할 수 있어 그 활용가치가 매우 높다고 할 수 있다.Water glass has attracted attention as one of flame retardants having the above characteristics. As for water glass, soda water glass mainly containing sodium silicate is generally classified into water glass such as potassium water glass and soda potassium water glass, and the basic main raw materials are silicon oxide or silica sand or silica. Silica and silica can be obtained abundantly as a representative mineral present on the earth, and because it is a material that can be widely supplied as a product, water glass can be given flame retardancy at low cost, and its use value is very high.
물유리는 특히 대표적인 무기피복제로서 석유화학에서 얻어지는 유기피복제와는 달리 열안정성이 높고 공해문제가 없기 때문에, 내열, 내식 및 방수피복제로 폭넓게 활용되고 있다. 물유리는 물의 양이 적어짐에 따라 용액의 점도가 급격히 늘어나고 점착력을 갖기 때문에, 그 수용액을 피처리재의 표면에 처리하고 건조시키면 표면이 유리처럼 매끈한 피막을 얻을 수 있다. 또한, 물유리는 약 100℃ 내지 200℃ 사이에서 물분자의 이탈과 실리카의 축합중합반응이 동시에 진행되며 발포되어 피처리재가 산소와 접하는 것을 막고 단열작용을 행하여 연소성을 떨어뜨리며 약 500℃ 내지 700℃ 사이에서는 결정성이 높아져 물성이 더욱 견고해지는 열적성질을 가져 가연소재에 부가되어 난연성을 증진시키는데 유익하게 활용될 수 있다. 뿐만 아니라, 물유리는 저유해성 물질로 알려져 물유리에 수소양이온을 첨가하여 제조되는 실리카겔은 식품공업에서 제습제의 용도로 방대하게 활용되고 있다. Water glass is particularly used as a heat-resistant, corrosion-resistant and waterproof coating because it has a high thermal stability and no pollution problem, unlike the organic coating obtained from petrochemical as a representative inorganic coating. Since water glass has a sharp increase in the viscosity of the solution as the amount of water decreases and has an adhesive force, when the aqueous solution is treated on the surface of the material to be treated and dried, a film having a smooth surface like glass can be obtained. In addition, the water glass at the same time between the separation of water molecules and the condensation polymerization reaction of silica proceeds between about 100 ℃ to 200 ℃ and foamed to prevent the treated material from contact with oxygen and to perform adiabatic action to reduce the combustibility, about 500 ℃ to 700 ℃ In between, the crystallinity is increased, the physical properties are more solid, and added to the combustible material can be advantageously used to enhance the flame retardancy. In addition, water glass is known as a low-hazardous material and silica gel prepared by adding hydrogen cation to water glass has been widely used as a dehumidifying agent in the food industry.
최근 물유리가 가지고 있는 상기와 같은 독특한 성질과 유용성, 특히 난연효과가 알려지면서 이를 이용하여 인간생활에 유익하게 활용하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. Recently, as the unique properties and usefulness of the water glass, especially the flame retardant effect is known, efforts are being made to utilize it in human life.
그렇지만, 단순히 건조된 물유리는 수분에 쉽게 용해되는 성질을 가지고 있어 내구성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고자 하는 노력의 일환으로, 규산염물질의 새로운 제조기술과 수불용성의 전환과정을 과학적으로 밝히고 물성을 개선하려는 연구가 심도있게 진행되고 있다.However, simply dried water glass has a property that is easily soluble in water and has a poor durability. Therefore, as part of efforts to solve these problems, researches on scientifically revealing the process of converting silicate material and the conversion of water insolubility and improving physical properties are being conducted in depth.
일례로, 칼라파티 등(Bioresource Technology, 72, 99-106, 2000)은 왕겨의 재에 존재하는 무정형의 실리카를 가성소다 수용액을 이용하여 추출한 후, 농축하여 이소프로필알콜과 몇 가지 첨가물을 가한 후 균일하게 혼합하고 건조시켜 유연성과 강도가 뛰어난 실리카 필름을 제조하는 방법을 소개하고 있다.For example, Calapati et al. (Bioresource Technology, 72, 99-106, 2000) extract amorphous silica present in the ash of rice hulls using an aqueous solution of caustic soda, and then concentrate and add isopropyl alcohol and some additives. It introduces a method for producing silica films with excellent flexibility and strength by uniformly mixing and drying.
크노브라이취와 게르베리(J. of Non-Crystalline Solids, 283, 109-113, 2001)는 물유리수용액 상의 SiO2의 응집특성을 X-Ray 소각산란법을 이용하여 연구한 결과, 응집과정의 진행은 수용액의 수소이온농도에 밀접한 영향을 받으며 물유리수용액의 pH가 2.2 ~ 5.8 사이에서는 급속히 수불용성의 실리카겔을 형성하고, pH가 5.8-6 사이에서는 서서히 반응이 진행된다고 보고하고 있다.Knobraich and Gerbery (J. of Non-Crystalline Solids, 283, 109-113, 2001) studied the coagulation characteristics of SiO 2 in water glass aqueous solution by X-ray incineration scattering. It is reported that it is closely influenced by the hydrogen ion concentration of silver solution and rapidly forms water-insoluble silica gel when the pH of water-free aqueous solution is 2.2 to 5.8, and the reaction proceeds slowly when the pH is between 5.8-6.
한편, 미합중국특허 제6,303,234호 공보에서는 화학적인 조성이 셀룰로오스인 직물과 종이, 합판 등에 물유리를 처리한 후, 일산화규소 또는 이산화규소 증기로 처리하면 난연성이 뛰어나며 유연성이 높고, 수분에 안정적인 처리가 가능하다고 소개하고 있다. On the other hand, U.S. Patent No. 6,303,234 discloses that water glass, such as cellulose, which has a chemical composition, is treated with water glass, and then treated with silicon monoxide or silicon dioxide vapor to provide excellent flame retardancy, high flexibility, and stable treatment with moisture. Introducing.
다른 한편, 미합중국특허 제6,146,766호 공보에서는 셀룰로오스계 물질에 규산소다와 수용해성 난연제를 가압과 진공처리과정을 통하여 내부로 침투시키고 열을 이용하여 중합시켜 제조되는 난연성과 강도 및 수분에 대한 내성이 우수한 물질의 제조방법을 소개하고 있다.On the other hand, U.S. Patent No. 6,146,766 discloses excellent flame retardancy, strength and moisture resistance which are prepared by infiltration of sodium silicate and water-soluble flame retardant into cellulosic material through pressure and vacuum treatment, and polymerization by heat. Introduces the preparation of materials.
이처럼 물유리가 수분에 취약한 문제점을 해결하여 난연제로 활용하기 위한 폭넓은 연구가 진행되고 있으며, 물유리를 사용하여 난연제품을 제조하는 기술 또한 많이 공개되고 있다. 그렇지만, 이러한 기술들은 모두 물유리를 가하면 난연성을 증진시킬 수 있다는 사실을 단순히 적용한 것에 지나지 않아 피처리재의 소재와 구조에 따라 적용가능성이 극히 제한적인 것이 대부분이고, 다양한 형태와 화학적 조성을 가지는 피처리재에 적용되어 충분한 내구성을 가지게 하는 것을 가능하게 하는 물유리의 물성을 개선하는 기술은 알려진 바 없다.As such, a wide range of researches have been conducted to solve the problem that water glass is vulnerable to moisture and to use it as a flame retardant, and many technologies for manufacturing flame retardant products using water glass have been disclosed. However, all of these technologies are merely a simple application of the fact that the application of water glass can improve the flame retardancy, and most of them are extremely limited in applicability according to the material and structure of the material to be treated. There is no known technique for improving the properties of water glass that can be applied and made to have sufficient durability.
본 발명은 난연성의 부여가 요구되는 피처리재에 물유리를 처리하여 난연성을 부여하는 난연처리방법에 있어서의 문제점인 상기와 같은 내구성 문제를 해결하기 위한 것이며, 물유리를 이용하여 유연성과 내구성이 뛰어나 분진의 발생이 없으며 수불용성이면서 난연성이 뛰어나며 평활하고 치밀한 표면특성을 부여할 수 있는 난연처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above-mentioned durability problem, which is a problem in the flame retardant treatment method for imparting flame retardancy by treating water glass to the material to be treated that is required to impart flame retardancy, dust and excellent flexibility and durability using water glass It is an object of the present invention to provide a flame retardant treatment method that is free from water, is insoluble in water, has excellent flame retardancy, and provides smooth and dense surface characteristics.
본 발명자는 물유리를 이용하여 제조된 실리카의 물질특성에 물질이동과 친유성개질, 실리카의 축중합반응을 균형있게 진행시키는 처리방법과 최적조건 선택에 의해 유연성과 내수성을 충분히 부여시키는 기술을 접목하여 다양한 피처리재에 폭넓게 적용가능한 난연처리방법을 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors combine the material properties of silica prepared by using water glass with the treatment method to promote mass transfer, lipophilic reforming, and the condensation polymerization reaction of silica in a balanced manner, and the technique of sufficiently giving flexibility and water resistance by selecting optimum conditions. The present invention has been accomplished by developing a flame retardant treatment method that is widely applicable to various materials to be treated.
본 발명에 따른 물유리를 이용한 난연처리방법은,Flame retardant treatment method using water glass according to the present invention,
피처리재에 난연제 성분인 물유리를 분무, 침지 또는 도포와 같은 방법으로 부여하는 물유리 처리단계;A water glass treatment step of imparting water glass, which is a flame retardant component, to the material to be treated by spraying, dipping or coating;
상기 물유리 처리된 재료에 규산염물질과 반응하여 친유성기를 도입하는 알코올류, 케톤류 또는 에테르류 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 개질처리제와 규산염 물질의 중합을 일으키는 산의 혼합처리제를 처리하여 물유리를 화학적으로 고화시킴과 동시에 친유성을 부여하는 물유리의 개질고화단계; 및The water glass is chemically treated by treating the water glass-treated material with one or two or more reforming agents selected from alcohols, ketones, or ethers which react with silicate materials to introduce lipophilic groups and an acid causing polymerization of the silicate materials. Reforming and solidifying step of the water glass to solidify and at the same time give lipophilic; And
상기 혼합처리제 처리된 재료를 건조시켜 수분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And drying the treated material to remove moisture.
본 발명의 방법에 따르면, 우수한 난연성을 나타내며, 가격이 저렴하고 인체 유해성이 적은 난연성분으로 알려진 물유리에 산과 알코올, 케톤 또는 에테르와 같은 물질을 적정 비율로 혼합하여 첨가하여, 물유리에 함유된 수분의 이탈과 동시에 친유성으로의 개질이 일어나, 수불용성 및 유연성이 개선된 난연처리물을 얻을 수 있다. 또, 이렇게 개질된 난연성분은 열분해가 유발되는 실리카의 하이드록실기의 일부가 알코올 등에 의해 도입된 알킬기 등에 의해 봉쇄되어 열에 더욱 강한 성질을 가지게 되어 난연효과도 더욱 증진된다.According to the method of the present invention, an acid and an alcohol, a ketone, or an ether are mixed and added to a water glass known as a flame retardant component which is excellent in flame retardancy and is inexpensive and has low human health. Modification to lipophilic at the same time as the separation occurs, it is possible to obtain a flame retardant with improved water insolubility and flexibility. In addition, the modified flame retardant component is part of the hydroxyl group of the silica that causes thermal decomposition is blocked by an alkyl group introduced by alcohol or the like to have a stronger property to heat, thereby further improving the flame retardant effect.
상기 과정을 도면을 이용하여 종래기술과 대비하며 설명하면 다음과 같다.The process will be described with reference to the prior art using the drawings as follows.
도 1은 종래의 산첨가에 의해 수불용성의 실리카가 생성되는 과정을 모식적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 방법에 따라 수불용성이며 친유성 개질된 실리카가 생성되는 과정을 모식적으로 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a process of producing water-insoluble silica by the acid addition, conventionally, Figure 2 is a process of generating a water-insoluble and lipophilic modified silica according to the method of the present invention. The conceptual diagram shown.
먼저 종래의 방법에 따를 경우를 살펴보면, 도 1에서 보는 바와 같이 규산염물질(b)이 물(a)에 용해되어 이들이 균일하게 혼재하는 물유리(A)에 산을 첨가하면, 물유리(A) 중에 함유된 규산염물질(b)들은 수분(a)에 의해 분산되어 있어 인접한 규산염물질들(b) 사이에만 중합반응이 진행되며(B), 그 결과, 건조에 의해 수분이 제거된 후에는 미세한 입자로 분리되어 고화되므로(C), 얻어진 실리카는 피복성과 내구성이 낮으며, 내수성 또한 낮아 난연제의 피복을 통해 난연성을 부여하는 목적으로는 사용할 수 없게 되는 것이다.First, in the case of the conventional method, as shown in FIG. 1, when the silicate material (b) is dissolved in water (a) and an acid is added to the water glass (A) in which they are uniformly mixed, it is contained in the water glass (A). The silicate materials (b) are dispersed by water (a), so that the polymerization proceeds only between adjacent silicate materials (b), and as a result, after the moisture is removed by drying, the particles are separated into fine particles. Since the silica is solidified (C), the obtained silica has low coating properties and durability, and also has low water resistance and thus cannot be used for the purpose of imparting flame retardancy through coating of the flame retardant.
그러나 본 발명의 방법에 따를 경우에는, 도 2에서 보는 바와 같이, 규산염물질(b)이 물(a)에 용해되어 이들이 균일하게 혼재하는 물유리(A)에 산과 알코올(개질처리제)을 첨가하면, 물유리(A)에 함유된 규산염물질(b)의 실리카중합반응과 동시에 알코올(c)이 화학반응에 의해 결합되어 친유성기를 형성하기 때문에 수분(a)은 중합된 친유성 실리카(B)로부터 이탈되어 나가게 된다. 따라서, 산과 개질처리제의 조성선택을 적절하게 조절하면서 중합반응을 진행시키면 비교적 함수량이 적은 친유성 실리카(B)로 전환되고, 이를 건조시키더라도 수분(a)의 증발에 의한 공극의 발생이 억제되어 평활한 표면특성을 가지는 물질(C)이 얻어지게 되는 것이다. 따라서, 본 발명의 방법에 따르면 분진의 발생이 없고, 내구성, 특히 내수성이 뛰어난 난연처리물을 얻을 수 있는 것이다.However, according to the method of the present invention, as shown in Fig. 2, when the silicate material (b) is dissolved in water (a) and an acid and an alcohol (modifying agent) are added to the water glass (A) where they are uniformly mixed, At the same time as the silica polymerization of the silicate material (b) contained in the water glass (A), alcohol (c) is bonded by a chemical reaction to form a lipophilic group, so that water (a) is released from the polymerized lipophilic silica (B). I will go out. Therefore, if the polymerization reaction is carried out while appropriately adjusting the composition selection of the acid and the reforming agent, it is converted into a lipophilic silica (B) having a relatively low water content, and even drying it suppresses the generation of voids due to evaporation of water (a). Material (C) having smooth surface properties is obtained. Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to obtain a flame retardant which is free of dust and excellent in durability, particularly water resistance.
바람직하게는 상기 난연처리방법에 있어서, 물유리를 부여한 다음에 이를 건조하여 상기 혼합처리제를 처리한다. 이는 물유리 자체 또는 물유리의 희석에 사용된 수분을 어느 정도 미리 제거하여, 개질처리제에 의한 친유성 개질에서 이루어지는 수분의 이탈이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위함이다.Preferably, in the flame retardant treatment method, water glass is applied and then dried to treat the mixed treatment agent. This is to remove water used in advance to dilute the water glass itself or the water glass to some extent, so that the release of water made in the lipophilic reforming by the reforming agent is made more smoothly.
한편, 상기 난연처리방법에 있어서, 물유리와 혼합처리제의 부여는 물유리나 혼합처리제 액의 스프레이장치를 이용한 분무, 용액에의 침지나 패딩 또는 인날이나 롤러에 의한 도포와 같은 방법에 의해 이루어질 수 있지만, 이들 방법에 한정되는 것은 아니며, 가능한 형태의 다양한 부여방법이 모두 적용될 수 있다.On the other hand, in the flame retardant treatment method, the provision of the water glass and the mixed treatment agent can be made by a method such as spraying using a spray device of water glass or mixed treatment liquid, immersing in the solution or padding or applying by the edge or roller, The present invention is not limited to these methods, and various types of granting methods may be applied.
다음으로, 본 발명의 방법에서 사용되는 물유리에 대해 설명한다. 물유리의 화학적 조성은 일반적으로 M2OmSiO2·nH2O으로 표시된다. 여기서 M은 알칼리 금속으로 Li, Na, K, Ru, Cs 및 4급 암모늄염기 등이 알려져 있으며, 실제로 M이 Na인 경우 m=0.54 ~ 4, K인 경우 m=2 ~ 3.8, Li인 경우 m=3.5 ~ 7.5, 4급 암모늄염기인 경우 m=1.2~30 등 그 몰비가 폭넓게 존재하는 것으로 알려져 있다. 그리고 물유리 중에는 (SiO4)4-, (Si2O7)6-, (Si3O 9)6-, (Si4O12)8-, (Si6O18 )12- 등의 여러 종류의 규산음이온이 포함되어 있다고 알려져 있다.Next, the water glass used by the method of this invention is demonstrated. The chemical composition of the water glass is generally expressed as M 2 O m SiO 2 · nH 2 O. Here, M is an alkali metal, and Li, Na, K, Ru, Cs and quaternary ammonium bases are known. In fact, when M is Na, m = 0.54-4, when M = 2-3.8, and when Li It is known that the molar ratios such as m = 1.2 to 30 are wide when the ratio is 3.5 to 7.5 and quaternary ammonium base. And in water glass there are several kinds of (SiO 4 ) 4- , (Si 2 O 7 ) 6- , (Si 3 O 9 ) 6- , (Si 4 O 12 ) 8- , (Si 6 O 18 ) 12- It is known to contain silicate anions.
이러한 물유리는 일반적으로, 규사와 탄산나트륨과의 혼합물을 1300~1500℃의 온도범위에서 가열, 용융시켜 유리를 만들고, 이를 저압오토클레이브 속에서 처리하여 제조하는 건식법과, 콜로이드질 규산 또는 규조토와 수산화나트륨을 오토클레이브 속에서 가열, 반응, 용해시켜 제조하는 습식법의 두 가지 방법으로 제조되며, 세제, 세정제, 침투제, 접합제, 접착제, 방화제, 토양경화제, 내화시멘트용 원료, 경수연화제 제조용 원료, 실리카겔 제조용 원료, 난(卵)의 방부제 등으로서 사용되고 있다.Such water glass is generally produced by heating and melting a mixture of silica sand and sodium carbonate at a temperature range of 1300-1500 ° C. to produce a glass, and treating it in a low pressure autoclave, and a colloidal silicic acid or diatomaceous earth and sodium hydroxide. It is manufactured by two methods of wet method of heating, reacting and dissolving in autoclave, detergent, detergent, penetrant, binder, adhesive, fire retardant, soil hardener, raw material for refractory cement, raw material for hardening softener, silica gel production It is used as a raw material and egg preservative.
시판 물유리는 상기한 바와 같이 제조방법과 조성이 다양하지만, 본 발명에서 사용되는 물유리는 그 조성에 특별한 제한을 받지 않는다. 본 발명에서 사용되는 물유리의 바람직한 예를 들면, 대개 산화규소를 이용하여 제조되는 규산나트륨, 규산칼륨, 규산소다칼륨 등의 규산염 물질 중의 어느 하나 또는 2 이상이 물에 용해되어 있는 수용액으로 규산염 물질의 함량이 0.5~80중량% 사이인 것이 유용하며, 피처리재에 완전한 도포조건과 생산성 및 난연성을 고려할 때, 바람직하게는 규산염물질이 5~60중량% 사이로 용해되어 있으며, 수분이 94~39중량% 사이이고, 별도의 기능성부여를 목적으로 하는 첨가물이 0.01~10중량%, 기타 수불용성의 부유물과 불순물이 0.1~10중량% 사이로 조성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.Commercially available water glass has various manufacturing methods and compositions as described above, but the water glass used in the present invention is not particularly limited in its composition. Preferred examples of the water glass used in the present invention include an aqueous solution in which any one or two or more of the silicate materials such as sodium silicate, potassium silicate, potassium silicate, and the like prepared by using silicon oxide are dissolved in water. It is useful that the content is between 0.5 to 80% by weight, and considering the complete application conditions, productivity and flame retardancy to the treated material, preferably the silicate material is dissolved between 5 to 60% by weight, and the moisture is 94 to 39% by weight. It is preferable to use a composition containing between 0.01% by weight and 10% by weight of additives for the purpose of additional functionalization, and between 0.1% by weight and 10% by weight of other water-insoluble suspended substances and impurities.
한편, 상기 기능성 부여를 목적으로 하는 첨가물로는, 4급 암모늄염, 키토산과 같은 항균제, 항토, 규석, 옥, 실리콘과 같은 원적외선 방사체, 페라이트, 게르마늄과 같은 온열제, 활성탄소 또는 대나무숯과 같은 음이온 방출제, 숯이나 활성탄소와 같은 탈취제, 삼산화안티모네, 인산화합물, 붕소, 붕산, 산화알루미늄과 같은 난연제, 전도성 필러 또는 탄소섬유와 같은 전도체 등을 들 수 있다.On the other hand, additives for the purpose of imparting functionality, quaternary ammonium salts, antibacterial agents such as chitosan, anti-ultraviolet emitters such as clay, silica, jade, silicon, warmers such as ferrite, germanium, anions such as activated carbon or bamboo charcoal Release agents, deodorants such as charcoal or activated carbon, antimony trioxide, phosphate compounds, flame retardants such as boron, boric acid, aluminum oxide, conductive fillers or conductors such as carbon fibers.
본 발명에서 사용되는 혼합처리제에 관해 설명한다. 상기 혼합처리제는 물과의 혼용성을 가져 물유리 수용액 중에 존재하는 수분의 이탈을 촉진하며 실리카와 커플링반응(Coupling Reaction)을 일으킬 수 있는 알코올류의 화합물이나 부가반응을 일으킬 수 있는 케톤류 또는 에테르류 화합물 가운데서 선택되는 어느 하나 또는 2 이상의 물질인 개질처리제와 실리카의 축중합반응에 촉매작용을 할 수 있는 산의 혼합액이다.The mixing treatment agent used in the present invention will be described. The mixed treatment agent has compatibility with water, promotes the release of moisture present in the water glass aqueous solution, alcohol compounds that can cause coupling reaction with silica, and ketones or ethers that can cause addition reaction. It is a mixture of an acid which can catalyze the condensation polymerization reaction of the reforming agent and silica, which is one or two or more substances selected from the compounds.
상기 개질처리제는 피처리재에 부가된 물유리와 반응하여 실리카의 표면특성을 친유성으로 개질하는 한편, 가소제로 작용하여 실리카의 경도를 낮추고 유연성을 증진시키는 작용을 하며, 상기 산은 실리카의 중합반응을 촉진시켜 수불용성으로 만들기 때문에 내수성을 증진시킨다. 따라서 전체적으로 개질처리제에 의해 유연성과 내구성이 증진된다.The reforming agent reacts with the water glass added to the material to be treated to modify the surface properties of the silica to be lipophilic, while acting as a plasticizer to lower the hardness of the silica and to enhance the flexibility, the acid is the polymerization reaction of the silica Promotes water resistance by making it water insoluble. Therefore, the flexibility and durability are improved by the modifying agent as a whole.
물유리에 함유된 규산염물질은 이온상태로 존재하며 규산염의 음이온과 화학반응할 수 있는 작용기와 친유성을 부여할 수 있는 작용기를 동시에 가진 화합물은 실리카의 친유성개질에 적용될 수 있다. 하지만 물유리에 함유된 수분과의 혼합과정을 통한 수분의 이탈을 촉진하고 산촉매와의 혼합이 가능해야 한다. 따라서, 본 발명에서 사용하는 알코올이나, 케톤, 에테르들로는 대체로 탄소수 1~8의 범위에 있는 것들을 사용하는 것이 바람직하다. 탄소수가 너무 많은 것은 물과의 혼용성이 떨어지고 반응성이 낮아 바람직하지 않다.The silicate material contained in the water glass exists in an ionic state and a compound having both a functional group capable of chemically reacting with an anion of the silicate and a functional group capable of imparting a lipophilic property can be applied to the lipophilic modification of silica. However, it should be possible to promote the release of water through the mixing process with the water contained in the water glass and to be able to mix with the acid catalyst. Therefore, as alcohols, ketones and ethers used in the present invention, it is preferable to use those having a range of 1 to 8 carbon atoms. Too much carbon number is undesirable because of poor compatibility with water and low reactivity.
상기한 조건을 동시에 만족시키는 알코올류로서는, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 시클로프로판올, 시클로부탄올, 페놀, 벤질알콜, 에틸렌글리콜, 글리세롤, 솔비톨, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.Examples of alcohols that simultaneously satisfy the above conditions include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, cyclopropanol, cyclobutanol, phenol, benzyl alcohol, ethylene glycol, glycerol, sorbitol, polyvinyl alcohol, and the like. have.
또, 상기 케톤류로서는, 예컨대 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 2-메틸시클로펜타논, 메틸비닐케톤, 아세토페논, 벤조페논, 디시클로프로필케톤 등을 들 수 있으며, 상기 에테르류로는, 예컨대 메틸에틸에테르, 디에틸에테르, 디페닐에테르, 2-메톡시펜탄, 트랜스-2-메톡시시클로헥사놀, 1,3,5-트리메톡시벤젠, 2-에톡시-3-메틸부탄, 디시클로프로필에테르, 에틸렌옥사이드, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로피란, 1,4-디옥산 등을 들 수 있다.Examples of the ketones include acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, 2-methylcyclopentanone, methyl vinyl ketone, acetophenone, benzophenone, dicyclopropyl ketone, and the like. Methylethyl ether, diethyl ether, diphenyl ether, 2-methoxypentane, trans-2-methoxycyclohexanol, 1,3,5-trimethoxybenzene, 2-ethoxy-3-methylbutane, Dicyclopropyl ether, ethylene oxide, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1, 4- dioxane, etc. are mentioned.
한편, 상기 산으로서는, 초산, 젖산, 개미산, 글리콜산, 아크릴산, 프로피온산, 숙신산, 수산, 호박산, 아스코르빈산, 글루콘산, 주석산, 말레인산, 구연산, 글루타민산, 톨루엔술폰산 등의 유기산과 염산, 황산, 인산, 질산 등의 무기산을 들 수 있다.On the other hand, examples of the acid include organic acids such as acetic acid, lactic acid, formic acid, glycolic acid, acrylic acid, propionic acid, succinic acid, hydroxyl acid, succinic acid, ascorbic acid, gluconic acid, tartaric acid, maleic acid, citric acid, glutamic acid, toluenesulfonic acid, sulfuric acid, Inorganic acids, such as phosphoric acid and nitric acid, are mentioned.
본 발명의 난연처리방법을 적용할 수 있는 피처리재의 소재는 특별히 제한되는 것은 아니며, 섬유 또는 펄프를 원료로 한 부직포, 종이, 편물, 직물, 수지시트, 수지 또는 목재판넬 또는 수지 또는 목재 보드와 같은 각종 소재에의 적용이 가능한데, 특히, 소방법 등에 의해 규제되는 건축용 자재에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.The material of the to-be-processed material to which the flame retardant treatment method of the present invention can be applied is not particularly limited, and nonwoven fabric, paper, knitted fabric, fabric, resin sheet, resin or wood panel or resin or wood board made of fiber or pulp It can be applied to the same various materials, in particular, it is expected that it can be widely applied to building materials regulated by fire law.
한편, 상기 난연처리방법에 있어서, 상기 물유리는 피처리재 중량에 대해 2~300중량%를 사용하고, 상기 개질처리제는 물유리 사용량에 대해 1~50중량%를 사용하며, 상기 산은 상기 혼합처리제 전체 중량의 5~40중량%를 사용하여, 혼합처리제의 pH 범위가 1~7이 되도록 한다.On the other hand, in the flame retardant treatment method, the water glass is used 2 to 300% by weight based on the weight of the material to be treated, the reforming agent is used 1 to 50% by weight based on the amount of water glass used, the acid is the mixed treatment agent as a whole Using 5 to 40% by weight of the weight, the pH range of the mixed treatment agent is 1 to 7.
상기한 바와 같이 시판되는 물유리는 그 조성이 일정하지 않고 다양하기 때문에, 난연성을 부여하기 위해 필요한 물유리의 사용량을 일의적으로 규정할 수는 없지만, 위에서 언급한 범위의 조성을 가지는 물유리를 사용한다면, 대개 상기 2중량% 정도의 양을 사용하면 난연성을 발휘하기 때문에, 소재 자체의 특성이나 필요한 난연도 등을 고려하여 그 이상의 양을 사용하도록 한다. 다만, 피처리재의 중량에 대해 300중량%를 넘게 처리하는 것은 피처리재에 따라서는 매우 곤란하며, 경제적으로도 바람직하지 않기 때문에, 그 이하의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.Since the commercially available water glass as described above is not constant and varied, the amount of water glass required for imparting flame retardancy cannot be uniquely defined. However, if water glass having a composition in the above-mentioned range is generally used, When the amount of about 2% by weight is used, the flame retardancy is exerted, so that the above amount is used in consideration of the properties of the material itself and the required flame retardancy. However, the treatment of more than 300% by weight with respect to the weight of the material to be treated is very difficult depending on the material to be treated and economically undesirable, so it is preferable to use it in the following range.
개질처리제의 사용량도 물유리와의 반응성이 탄소수 등에 따라 친유성의 정도가 다르고, 반응기의 종류나 측쇄의 친유성 정도 등에 따라 물유리와의 반응성도 다를 뿐만 아니라, 처리하고자 하는 피처리재의 특성이나 형태, 요구되는 난연도에 따라서도 그 사용량을 달리 정할 필요가 있기 때문에 사용량을 일의적으로 규정하기 어렵지만, 대개 사용되는 물유리의 중량을 기준으로 하여 1~50중량% 정도의 범위로 첨가하여 범위에서 사용하면 원하는 친유성 개질효과를 얻을 수 있으며, 바람직하게는 대개 10~20중량% 내외의 범위에서 사용하게 된다.The amount of reforming agent used also varies with the degree of lipophilicity depending on the number of carbon atoms, and the degree of reactivity with water glass varies depending on the type of reactor, the degree of lipophilicity of the side chain, and the like. It is difficult to define the amount of usage uniquely because the amount of usage needs to be determined differently according to the required flame retardancy.However, if it is added in the range of about 1 to 50% by weight based on the weight of water glass used, Desired lipophilic modification effect can be obtained, and preferably used in the range of about 10 to 20% by weight.
상기 산의 사용량의 결정도 마찬가지로 사용되는 물유리의 양이나 개질처리제의 양, 피처리재의 특성이나 형태, 목적하는 처리물의 성질 등을 고려하여 이루어져야 하는데, 본 발명자들의 시험결과, 산의 비율이 높으면 유연성이 떨어질 뿐만 아니라, 오히려 내수성이 떨어지는 결과를 가져오는 것으로 나타나기 때문에, 상기 개질처리제의 사용량을 고려하여 혼합처리제 전체 중량의 5~40중량%의 범위에서 첨가하여, 혼합액의 pH가 1~7의 범위가 되도록 한다. 보다 바람직하게는, 실리카의 축중합반응을 안정적으로 진행시키고 좀 더 평활한 표면특성을 얻기 위해 pH의 범위를 3~7로 조정한다.The amount of acid used should be determined in the same manner, taking into account the amount of water glass used, the amount of the modifying agent, the characteristics and shape of the material to be treated, the properties of the object to be treated, etc. Not only does this fall, but also appears to result in a poor water resistance, in consideration of the amount of use of the reforming agent added in the range of 5 to 40% by weight of the total weight of the mixed treatment agent, the pH of the mixed liquid is in the range of 1-7 To be More preferably, the pH range is adjusted to 3 to 7 in order to stably proceed the polycondensation reaction of silica and to obtain more smooth surface properties.
이상, 본 발명의 난연처리방법에 관해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 방법에 의해 물유리의 표면특성과 내수성이 개량되는 원리를 이해하기 위해, 물유리와 처리제간에 예상되는 화학반응의 메카니즘에 대해 살펴본다.In the above, the flame retardant treatment method of the present invention has been described in detail, but in order to understand the principle of improving the surface properties and water resistance of the water glass by the method of the present invention, the mechanism of the chemical reaction expected between the water glass and the treatment agent will be described.
물유리에 함유된 실리카의 친유성 표면개질 및 유연성의 증진은 하이드록실기(-OH)를 가진 알코올과 활성실리카의 하기 반응식 1과 같은 커플링반응에 의해 이루어지는 것으로 이해된다.Enhancement of the lipophilic surface modification and flexibility of the silica contained in the water glass is understood to be achieved by a coupling reaction of the alcohol having a hydroxyl group (-OH) and active silica, as shown in Scheme 1 below.
또한, 케톤계 화합물을 사용할 경우, 물유리에 함유된 실리카의 친유성 표면개질 및 유연성의 증진은 카르보닐기를 가진 케톤계 화합물과 활성실리카의 하기 반응식 2와 같은 부가반응에 의해 이루어지는 것으로 이해된다.In addition, when using a ketone compound, it is understood that the lipophilic surface modification of the silica contained in the water glass and the enhancement of the flexibility are achieved by the addition reaction of the ketone compound having a carbonyl group and active silica, as shown in Scheme 2 below.
한편, 물유리의 내수성 증진은 실리카의 중합반응을 촉매하는 수소양이온을 방출하는 산을 첨가에 의해 하기 반응식 3 또는 4와 같은 형태의 중합반응에 의해 수불용성이 부여되고 내구성이 증진됨으로써 이루어지는 것으로 이해된다. 하기 반응식 3은 물유리에 황산을 첨가한 경우의 실리카의 중합반응을 보인 것이며, 반응식 4는 염산을 첨가한 경우의 실리카의 중합반응을 보인 것이다. On the other hand, it is understood that the improvement of water resistance of water glass is achieved by adding water insolubility and enhancing durability by addition of an acid releasing hydrogen cation which catalyzes the polymerization of silica by a polymerization reaction as in Scheme 3 or 4 below. . Scheme 3 below shows a polymerization reaction of silica when sulfuric acid is added to the water glass, and Scheme 4 shows a polymerization reaction of silica when hydrochloric acid is added.
Si(OH)4 + Si(OH)4 → (OH)3-Si-O-Si(OH)3 + H2 OSi (OH) 4 + Si (OH) 4 → (OH) 3 -Si-O-Si (OH) 3 + H 2 O
Si(OH)4 + Si(OH)4 → (OH)3-Si-O-Si(OH)3 + H2 OSi (OH) 4 + Si (OH) 4 → (OH) 3 -Si-O-Si (OH) 3 + H 2 O
이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예Example
실시예 1: 물유리를 이용한 부직포의 난연처리Example 1: Flame Retardant Treatment of Nonwoven Fabric Using Water Glass
하기 단계를 거쳐 본 발명의 방법에 따른 난연성 부직포를 제조하고, 열특성을 분석하여 본 발명에 따른 난연처리방법에 의해 처리된 부직포의 난연성을 시험하였다.A flame retardant nonwoven fabric according to the method of the present invention was prepared through the following steps, and thermal properties were analyzed to test the flame retardancy of the nonwoven fabric treated by the flame retardant treatment method according to the present invention.
A. 난연처리 부직포의 제조A. Preparation of Flame Retardant Nonwovens
물유리의 처리Treatment of water glass
면섬유로 이루어진 두께 5㎝의 부직포 100㎠를 30℃의 온도에서 2분간 물유리 수용액에 침지시켜 완전히 습윤시킨 후, 맹글의 롤러에 부여되는 압력을 3㎏/㎠으로 조절하여 물유리의 애드온(Add-on)율을 80%로 조절하여 여분의 용액을 스퀴징하였다.100cm of 5cm thick nonwoven fabric made of cotton fiber was immersed in water glass aqueous solution for 2 minutes at a temperature of 30 ° C and completely wetted, and then the pressure applied to the roller of the mangle was adjusted to 3㎏ / ㎠ to add-on water glass The excess solution was squeezed by adjusting the rate to 80%.
여기서 사용된 물유리 수용액으로는, 시중에 시판되는 SiO2의 함량이 28% 내지 30% 사이이며 Na2O의 함량이 9% 내지 10% 사이, Fe2O3의 함량이 0.03% 이하로 조성된 것을 구매하여 물을 첨가하여 2배 희석시킨 것을 사용하였다.As the water glass aqueous solution used herein, commercially available SiO 2 content is between 28% and 30%, Na 2 O content is between 9% and 10%, and Fe 2 O 3 content is less than 0.03%. It was used to purchase the water and diluted 2 times by adding water.
부직포의 건조Drying of nonwoven fabric
상기 물유리처리된 수분의 함량이 50%의 부직포를 열풍건조기를 이용하여 150℃의 온도에서 10분간 건조하여 수분의 함량을 20%로 조절하였다.The water glass-treated water content of 50% of the nonwoven fabric was dried for 10 minutes at a temperature of 150 ℃ using a hot air dryer to adjust the content of water to 20%.
처리된 물유리의 개질Modification of Treated Water Glass
에탄올 8㎏에 초산 2㎏을 첨가하고 교반하여 균일하게 혼합된 혼합처리제를 제조하였다. 상기 물유리처리하여 건조한 부직포를 상기 혼합처리제액에 1분간 침지한 후, 맹글롤러를 이용하여 잉여 처리제를 제거하였다. 이 단계에 의해 부직포에 함유된 액상의 물유리는 수불용성, 내구성, 유연성을 가지는 개질실리카로 전환되었다.2 kg of acetic acid was added to 8 kg of ethanol and stirred to prepare a uniformly mixed mixing agent. The nonwoven fabric dried by the water glass treatment was immersed in the mixed treatment solution for 1 minute, and then the excess treatment agent was removed using a mang roller. By this step, the liquid water glass contained in the nonwoven fabric was converted into modified silica having water insolubility, durability and flexibility.
난연처리 부직포의 건조Drying flame retardant nonwovens
상기 처리제 처리가 완료된 부직포를 열풍건조기를 이용하여 150℃의 온도에서 20분간 건조시켜 난연처리된 부직포를 완성하였다.The nonwoven fabric after the treatment was completed was dried for 20 minutes at a temperature of 150 ℃ using a hot air dryer to complete a flame-retardant nonwoven fabric.
B. 난연성 부직포의 열특성분석B. Thermal Characteristic Analysis of Flame Retardant Nonwovens
상기 방법으로 제조된 난연성 부직포와 난연처리되지 않은 미처리의 면 부직포를 시료로 하여, 열중량분석기(TGA)를 이용하여 열분석을 실시함으로써, 난연처리된 부직포의 열안정성을 확인하였다.The thermal stability of the flame-retardant nonwoven fabric was confirmed by thermal analysis using a thermogravimetric analyzer (TGA) using the flame-retardant nonwoven fabric prepared by the above method and the non-flammable untreated cotton nonwoven fabric as samples.
도 3 및 도 4에 그 결과를 각각 나타내었다.3 and 4 show the results, respectively.
도 3는 본 실시예에 따라 제조된 난연성 부직포의 열중량분석의 결과를 보인 것인데, 450℃의 온도에서 40%의 중량손실만이 발생하고 약 60%의 질량이 잔존하는 것을 볼 수 있다. 한편, 도 4는 미처리의 면 부직포의 열중량분석 결과를 나타낸 것인데, 450℃의 온도에서 약 90%의 중량손실이 발생하여 단지 10%의 재만 남게 된다.Figure 3 shows the results of thermogravimetric analysis of the flame retardant nonwoven fabric prepared according to the present embodiment, it can be seen that only 40% weight loss occurs at a temperature of 450 ℃ and about 60% of the mass remains. On the other hand, Figure 4 shows the results of thermogravimetric analysis of the untreated cotton nonwoven fabric, the weight loss of about 90% occurs at a temperature of 450 ℃ leaving only 10% ash.
상기 결과를 통해 볼 때, 본 발명의 처리방법에 의해 우수한 난연성을 갖는 부직포를 제조할 수 있음을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that the nonwoven fabric having excellent flame retardancy can be produced by the treatment method of the present invention.
실시예 2 , 비교실시예 1 ~ 2 : 물유리의 처리방법 변화에 따른 물성변화Example 2, Comparative Examples 1 and 2: Changes in physical properties according to the treatment method of water glass
A. 실리카필름의 제조A. Preparation of Silica Film
유리판 3장에 SiO2의 함량이 28% ~ 30%, Na2O의 함량이 9% ~ 10%, Fe2O 3의 함량이 0.03% 이하로 조성된 물유리 30g 씩을 각각 취하여 필름성형기를 이용하여 두께 1㎜로 도포한 다음, 하기 3가지 방법으로 각각 고화시켜 실리카필름을 제조하였다.Take 3 glass plates of 30 g of water glass each containing 28% to 30% SiO 2 , 9% to 10% Na 2 O, and 0.03% Fe 2 O 3 . After coating to a thickness of 1mm, and then solidified in each of the following three methods to prepare a silica film.
실시예 2: 에탄올 4g과 초산 1g을 혼합한 액체를 분무기를 이용하여 고르게 부여한 후, 열풍건조기를 이용 150℃의 온도에서 10분간 가열하였다.Example 2: The liquid mixed with 4 g of ethanol and 1 g of acetic acid was evenly applied using a sprayer, and then heated at a temperature of 150 ° C. for 10 minutes using a hot air dryer.
비교실시예 1: 열풍건조기를 이용하여 150℃의 온도에서 10분간 가열하였다.Comparative Example 1: Heated at a temperature of 150 ℃ using a hot air dryer for 10 minutes.
비교실시예 2: 초산 3g을 분무기를 이용하여 고르게 분사한 후, 열풍건조기를 이용하여 150℃의 온도에서 10분간 가열하였다.Comparative Example 2: 3 g of acetic acid was evenly sprayed using an atomizer, and then heated at a temperature of 150 ° C. for 10 minutes using a hot air dryer.
상기 방법에 의해 얻어진 실리카필름의 일부를 재취하여 하기 각 방법으로, 수용해성, 분진발생, 결정성 및 내열성을 각각 측정하였다.A part of the silica film obtained by the above method was retaken, and water solubility, dust generation, crystallinity, and heat resistance were respectively measured by the following methods.
B. 수용해성 측정B. Solubility Measurement
실시예 2, 비교실시예 1, 2의 방법으로 제조된 실리카필름 각각 1g 씩을 취하여 비이커에 담고, 물 100g을 가하여 교반기를 이용하여 상온에서 1시간 동안 교반하였다. 용해되지 않은 잔류물을 거름종이를 이용하여 채취한 다음, 건조시켜 무게를 측정하여 수용해성을 확인하였다. 각각의 측정결과 비교실시예 2의 방법으로 제조된 실리카필름은 모두 용해되어 잔류물이 남지 않았으며, 실시예 2의 방법과 비교실시예 2의 방법으로 제조된 실리카필름은 그대로 남아 수불용성임을 확인할 수 있었다.1 g of each of the silica films prepared by the methods of Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 were taken and placed in a beaker, and 100 g of water was added thereto and stirred at room temperature for 1 hour using a stirrer. The undissolved residue was collected using a filter paper, dried and weighed to confirm water solubility. As a result of each measurement, the silica films prepared by the method of Comparative Example 2 were all dissolved and no residues were left. The silica films prepared by the method of Example 2 and the method of Comparative Example 2 remained as water-insoluble. Could.
C. 전자현미경을 이용한 분진발생 유무 확인 및 표면특성 분석C. Confirmation of Dust Generation and Surface Characteristic Analysis Using Electron Microscopy
실시예 2, 비교실시예 1, 2의 방법으로 제조된 실리카필름의 일부를 취하여 각각 백금이온증착하여 표면에 전도성을 부여한 후, 전자현미경을 이용하여 실시예 2는 3,000배로, 비교실시예 1과 비교실시예 2는 각각 2,000배의 배율로 표면특성 및 분진발생 유무를 확인하였다. Part 2 of the silica film prepared by the method of Example 2, Comparative Examples 1 and 2, respectively, the platinum ions are deposited to impart conductivity to the surface, and Example 2 was 3,000 times using an electron microscope, and compared with Comparative Example 1 Comparative Example 2 confirmed the surface characteristics and the presence of dust at a magnification of 2,000 times.
분석결과, 에탄올 4g과 초산 1g을 혼합하여 첨가하는 방법으로 물유리를 고화시킨 실시예 2의 경우, 도 5에서 보는 바와 같이 물유리 중에 함유된 수분이 적절하게 에탄올과 치환될 뿐만 아니라, 실리카의 친유성개질이 이루어지면서 중합반응이 이루어져 최종적으로 표면의 평활도가 높고 분진의 발생이 없는 실리카필름이 얻어졌다.As a result, in Example 2 in which the water glass was solidified by mixing and adding 4 g of ethanol and 1 g of acetic acid, as shown in FIG. 5, not only the water contained in the water glass was appropriately substituted with ethanol, but also the lipophilic properties of silica. As a result of the modification, a polymerization reaction was carried out to obtain a silica film having high surface smoothness and no dust generation.
또, 물유리를 그대로 가열하여 고화시킨 비교실시예 1의 경우에도, 도 6에 나타낸 것과 같이 비교적 평활한 표면을 가져 분진의 발생이 없었다.Moreover, also in the comparative example 1 which heated and solidified the water glass as it was, as shown in FIG. 6, it had a comparatively smooth surface and did not generate | occur | produce dust.
반면에, 산을 촉매로 사용하여 물유리를 고화시킨 비교실시예 2의 경우 도 7에서 보는 바와 같이, 물에 용해되어 있는 규산염의 중합반응이 인접한 물질간에만 선택적으로 이루어지고, 건조과정에서 수분의 이탈이 이루어짐으로써, 최종적으로 얻어지는 실리카필름은 입자의 형상을 갖게 된다.On the other hand, in Comparative Example 2 in which the water glass was solidified using an acid as a catalyst, as shown in FIG. 7, the polymerization reaction of silicate dissolved in water was selectively performed only between adjacent materials, As the separation occurs, the finally obtained silica film has the shape of particles.
D. X-RAY 회절분석기를 이용한 결정성의 비교D. Comparison of Crystallinity Using X-RAY Diffractometer
실시예 2, 비교실시예 2, 3의 방법으로 제조된 실리카필름의 일부를 각각 취한 다음, 구리전극에서 생성된 X-Ray를 이용하여 3°에서 35°까지 2°/분의 측정속도로 회절분석하여 결정성을 상호 비교하였다. Part of the silica film prepared in Example 2, Comparative Examples 2 and 3, respectively, was taken, and then diffracted at a measurement rate of 2 ° / min from 3 ° to 35 ° using X-Ray generated from the copper electrode. Analysis was made to compare the crystallinity with each other.
회절 X-Ray의 강도와 결정성은 비교실시예 1에서 제조된 실리카필름이 도 9에서 보는 바와 같이 가장 낮은 값을 가져 가장 유연할 수 있는 구조를 가진 것을 확인할 수 있었다.Intensity and crystallinity of the diffraction X-Ray was confirmed that the silica film prepared in Comparative Example 1 has the lowest value as shown in Figure 9 has the most flexible structure.
또, 비교실시예 2에서 제조한 수불용성의 실리카필름의 경우, 도 10에서 보는 바와 같이 결정성이 매우 높아, 유연성이 매우 낮은 구조를 가진다는 사실을 확인할 수 있었다. 이렇게 높은 결정성을 가지고, 유연성이 매우 낮다는 사실은, 유연성을 가지는 피처리재에의 적용이 곤란하며, 사용중에 외부에서 가해진 외력으로 인한 변형이 유발되는 피처리재의 난연처리에도 부적합함을 의미한다.In addition, in the case of the water-insoluble silica film prepared in Comparative Example 2, it was confirmed that the crystallinity is very high, as shown in Figure 10, having a very low flexibility structure. This high crystallinity and very low flexibility mean that it is difficult to apply to flexible materials, and is not suitable for flame retardant treatment of materials to be deformed due to external force applied during use. do.
반면, 실시예 2의 방법으로 제조된 수불용성의 실리카필름의 경우에는 도 8에서 보는 바와 같이, 결정성에 있어서 중간값을 가져 어느 정도 유연성을 갖는 필름이 얻어짐을 알 수 있었다.On the other hand, in the case of the water-insoluble silica film prepared by the method of Example 2, as shown in Figure 8, it can be seen that a film having a certain degree of flexibility with a median value in crystallinity is obtained.
E. 열중량분석기를 이용한 고화물유리의 내열성비교E. Thermal Resistance Comparison of Solidified Glass Using Thermogravimetric Analyzer
실시예 2와 비교실시예 1 및 2에서 제조된 실리카필름의 일부를 각각 취한 다음, 열중량분석기를 이용하여 질소가스 상에서 20℃/분의 승온속도로 온도 50℃에서 850℃까지 가열하며 중량변화를 측정하여 실리카필름의 내열성을 비교하였다.Part of the silica film prepared in Example 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, was taken, and then heated by a thermogravimetric analyzer at a temperature rising rate of 20 ° C./min at a temperature of 50 ° C. to 850 ° C. at 20 ° C./min. Was measured to compare the heat resistance of the silica film.
측정결과, 도 11에서 보는 바와 같이, 실시예 2에서 제조된 실리카필름의 경우(A), 850℃의 온도에서 초기중량의 80% 가량이 남아 있어, 내열성이 가장 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교실시예 1에서 제조된 실리카필름의 경우(C), 850℃의 온도에서 초기중량의 70% 가량 남아 내열성이 가장 낮은 것으로 나타났다. 한편, 비교실시예 2에서 제조된 실리카필름의 경우(B), 850℃의 온도에서 초기중량의 75% 가량이 남아 있어, 내열성이 중간정도를 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.As a result of the measurement, as shown in FIG. 11, in the case of the silica film prepared in Example 2 (A), about 80% of the initial weight remained at a temperature of 850 ° C., and it was confirmed that the heat resistance was the best. On the other hand, in the case of the silica film prepared in Comparative Example 1 (C), at the temperature of 850 ° C remained about 70% of the initial weight was the lowest heat resistance. On the other hand, in the case of the silica film prepared in Comparative Example 2 (B), about 75% of the initial weight remained at a temperature of 850 ℃, it was confirmed that the heat resistance shows a moderate degree.
이상의 분석결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.The above analysis results are summarized in Table 1.
실시예 3 ~ 17 : 처리제의 성분변화에 따른 물성변화Examples 3 to 17: change in physical properties according to the composition of the treatment agent
본 발명의 친유성개질에 적용 가능한 알코올, 알데히드, 케톤, 에테르 중에서, 물유리에 함유된 수분과의 혼합과정을 통한 수분의 이탈을 촉진하고 산촉매와의 혼합이 가능하며, 인체유해성이 적은 화합물을 선택하여, 이 개질처리제 4g과 초산 1g을 혼합하여 각각 혼합처리액 5g 씩을 제조하였다. 각 실시예에서 사용한 개질처리제의 종류는 표 2와 같다.Among alcohols, aldehydes, ketones, and ethers applicable to the lipophilic modification of the present invention, compounds that promote the release of water through mixing with water contained in water glass and are capable of mixing with acid catalysts and selecting compounds having low human toxicity are selected. Then, 4 g of the reforming agent and 1 g of acetic acid were mixed to prepare 5 g of each mixed treatment liquid. The types of reforming agents used in the examples are shown in Table 2.
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 물유리를 샤알레에 5g씩을 가한 후, 표 2의 혼합처리액 5g씩을 가하고 10분간 교반하면서, 물유리의 고화반응을 관찰하여 반응성을 비교하였다. 또, 그 상태에서 1시간동안 방치하여 반응을 충분히 진행시킨 다음, 표면경도를 측정하여 유연성을 비교하였다.5 g each of the same water glass as used in Example 1 was added to the saale, and 5 g of the mixed treatment solution of Table 2 was added thereto, followed by stirring for 10 minutes, and the solidification reaction of the water glass was observed to compare the reactivity. In addition, the reaction was allowed to sufficiently proceed for 1 hour in that state, and then surface hardness was measured to compare the flexibility.
사용한 개질처리제와 물유리와의 반응성, 생성된 필름의 유연성을 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.The reactivity of the used modifier with water glass and the flexibility of the resulting film are summarized in Table 2 below.
시험결과, 알코올의 경우, 대체로 친수성이 클수록 물유리와의 반응성은 높으나, 필름의 유연성이 떨어지고, 친유성이 클수록 반응성이 낮은 반면, 필름의 유연성은 높았다. 실시예 11의 벤질알콜의 경우, 필름의 유연성은 매우 높으나, 반응성이 느리고 산과의 혼합과정에서 상분리가 유발되어 작업성이 떨어지는 것으로 나타났다. 한편, 반응기구가 다른 케톤과 에테르의 경우에는 대체로 알코올보다 반응성이 높고, 필름의 유연성도 뛰어났다.In the test results, alcohols generally showed higher reactivity with water glass as the hydrophilicity was higher, but the flexibility of the film was lower. In the case of benzyl alcohol of Example 11, the flexibility of the film was very high, but the reactivity was slow and the workability was inferior due to phase separation in the process of mixing with acid. On the other hand, ketones and ethers having different reactors were generally more reactive than alcohols, and had excellent film flexibility.
실시예 18 ~ 26: 혼합처리제의 조성변화에 따른 물성변화Examples 18 to 26: change in physical properties according to the composition change of the mixed treatment agent
본 실시예에서는 친유성을 부여하기 위한 개질처리제와 중합반응을 촉매하는 산의 사용비에 따라 얻어지는 실리카필름의 유연성과 내수성이 어떻게 변화하는지를 사용비를 변경해가며 조사하였다.In this embodiment, the flexibility and the water resistance of the silica film obtained according to the use ratio of the reforming agent for imparting lipophilic acid and the acid catalyzing the polymerization reaction were investigated by changing the use ratio.
개질처리제로서 에탄올을, 산으로서 초산을 각각 사용하여, 그 중량비를 각각 1:9(실시예 18), 2:8(실시예 19), 3:7(실시예 20), 4:6(실시예 21), 5:5(실시예 22), 6:4(실시예 23), 7:3(실시예 24), 8:2(실시예 25), 9:1(실시예 26)로 변화시켜 혼합처리제를 제조하였다.Ethanol was used as the reforming agent and acetic acid was used as the acid, respectively, and the weight ratio was 1: 9 (Example 18), 2: 8 (Example 19), 3: 7 (Example 20), 4: 6 (Example Example 21), 5: 5 (Example 22), 6: 4 (Example 23), 7: 3 (Example 24), 8: 2 (Example 25), 9: 1 (Example 26) To prepare a mixed treatment agent.
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 물유리를 샤알레에 5g씩 가한 후, 상기 각 조성비로 혼합한 혼합처리제 10g 씩을 가하고 1시간동안 방치하여 물유리를 고화시켰다. 이후, 열풍건조기를 이용하여 150℃의 온도에서 30분간 가열하여 완전히 건조시켜 실리카필름을 얻었다.5 g of the same water glass as used in Example 1 was added to Shale, and then 10 g of the mixed treatment agent mixed in each composition ratio was added thereto, and left for 1 hour to solidify the water glass. Then, using a hot air dryer for 30 minutes at a temperature of 150 ℃ to dry completely to obtain a silica film.
상기 각 실리카필름에 물 10g 씩을 가하여 습윤시키는 것을 반복하여 균열이 발생하는 시점의 회수를 측정하여 수분에 대한 내구성을 비교하였다.10 g of water was added to each of the silica films, and the wetness was repeated to measure the number of times the cracks occurred, and to compare the durability against moisture.
각 실시예별로 최초 균열발생회수와 그에 따른 내수성 평가결과를 표 3에 정리하여 나타내었다.Table 3 shows the initial crack incidence and water resistance evaluation results for each example.
시험결과, 에탄올과 초산을 혼합하여 처리제를 제조할 경우, 무게비로 8:2의 혼합비로 제조된 처리제를 이용하여 물유리를 고화시킬 때에 내구성이 가장 우수한 난연처리가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.As a result of the test, when the treatment agent was prepared by mixing ethanol and acetic acid, it was confirmed that the most durable flame retardant treatment was possible when the water glass was solidified using the treatment agent prepared at a weight ratio of 8: 2.
본 발명의 난연처리방법에 따르면, 우수한 난연성의 부여가 가능하지만 내구성이 약하고 유연성이 없어 분진이 발생하는 문제점과 수분에 쉽게 용해되는 성질을 가져 다양한 피처리재에 부가되어 난연성을 부여하는 난연제의 용도로 활용될 수 없었던 물유리에 유연성과 수불용성 및 내열성을 증진시키는 처리제를 부가함으로써 다양한 피처리재에 적용할 수 있게 되는 효과가 있다. 또한 비교적 가격이 저렴한 물유리를 사용하여 난연성을 부여하는 기술이 제공되기 때문에, 각종 가연성 물질에 저렴하게 난연성을 부여시키는 것이 가능하여 다양한 건축자재, 피복용 소재, 기계부품, 자동차부품, 항공부품 등의 제조과정에 적용되어 화재의 위험이 없는 대중적인 난연성자재의 생산을 가능하게 한다.According to the flame retardant treatment method of the present invention, it is possible to impart excellent flame retardancy, but the durability and weakness does not have the flexibility of the problem of dust generation and the property of being easily soluble in water added to various treated materials to use the flame retardant to impart flame retardancy By adding a treatment agent that enhances flexibility, water insolubility, and heat resistance to water glass, which could not be utilized, there is an effect that can be applied to various treated materials. In addition, the technology of imparting flame retardancy by using water glass, which is relatively inexpensive, is provided so that it is possible to impart flame retardancy to various combustible materials at low cost, and thus various construction materials, coating materials, mechanical parts, automobile parts, aviation parts, etc. It is applied in the manufacturing process to enable the production of popular flame retardant materials without the risk of fire.
도 1은 산 첨가에 의한 물유리의 중합과정에서 일어나는 규산염물질간의 축중합에 의해 입자상의 실리카가 생성되는 반응을 모식적으로 나타낸 개념도;1 is a conceptual diagram schematically showing a reaction in which particulate silica is produced by condensation polymerization between silicate materials occurring during the polymerization of water glass by acid addition;
도 2는 본 발명의 방법에 따른 물유리를 이용한 난연처리에 있어서, 규산염물질과 개질처리제(알코올) 및 산의 반응에 의해 개질 실리카가 생성되는 반응을 모식적으로 나타낸 개념도;2 is a conceptual diagram schematically showing a reaction in which a modified silica is produced by a reaction of a silicate material, a modifying agent (alcohol) and an acid in a flame retardant treatment using water glass according to the method of the present invention;
도 3은 실시예 1에서 제조된 난연성 부직포의 열중량분석 결과를 나타낸 그래프;Figure 3 is a graph showing the thermogravimetric analysis of the flame retardant nonwoven fabric prepared in Example 1;
도 4는 미처리의 면 부직포의 열중량분석 결과를 나타낸 그래프;4 is a graph showing the thermogravimetric analysis of an untreated cotton nonwoven fabric;
도 5는 실시예 2에서 얻어진 필름상 물질의 전자현미경사진;5 is an electron micrograph of the film-like material obtained in Example 2;
도 6은 비교실시예 1에서 얻어진 필름상 물질의 전자현미경사진;6 is an electron micrograph of the film-like material obtained in Comparative Example 1;
도 7은 비교실시예 2에서 얻어진 필름상 물질의 전자현미경사진;7 is an electron micrograph of the film-like material obtained in Comparative Example 2;
도 8은 실시예 2에서 얻은 필름상 물질의 X-ray 회절패턴;8 is an X-ray diffraction pattern of the film-like material obtained in Example 2;
도 9는 비교실시예 1에서 얻은 필름상 물질의 X-ray 회절패턴;9 is an X-ray diffraction pattern of the film-like material obtained in Comparative Example 1;
도 10은 비교실시예 2에서 얻은 필름상 물질의 X-ray 회절패턴;10 is an X-ray diffraction pattern of the film-like material obtained in Comparative Example 2;
도 11은 실시예 2, 비교실시예 1 및 2에서 얻은 필름상 물질들의 열중량분석결과를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing the thermogravimetric analysis results of the film-like materials obtained in Example 2, Comparative Examples 1 and 2.
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