모니터링분석 1 섬유의기능성소재 ( 내열, 난연및방염 소재 ) 최근동향 한국과학기술정보연구원전문연구위원김기수 (kskjnoo@reseat.re.kr) 1. 서언 본문헌의기능성섬유소재최근동향의리뷰는 12008~2010년사이에섬유연구합성섬유상을수상한소재, 22008년 1월 ~2010년 12월까지약 3년간섬유학회지및섬유기계학회지에게재된기능성소재기사, 32010년 1~12월사이에공개된특허를주로소개하고있다. 내열성에서는폴리젖산의내열성향상이주목을받고있다. 그러나아직난연성및방염성에서는난연 방염제로서할로겐화합물이많이사용되고있다. 할로겐화합물의사용에대하여는여러가지규제의움직임이있기때문에이에대응하는비할로겐계난연제에대한특허출원이주목을받고있다. 2. 섬유연구합성섬유상으로본기능성소재 과거 3년간섬유연구합성섬유상을수상한소재가운데 내열, 난연및방염소재 에관련된테마는 Teijin사의폴리젖산섬유에대한내열성향상과 Teijin사의아라미드섬유에대한내열성과방염성향상이다. 내열, 난연및방염소재는주로산업자재용용도에서필요로하는성능이다. 섬유연구합성섬유상은주로의류용텍스타일이대상이기때문에채택건수가적다. 3. 섬유학회지와섬유기계학회지에게재된기능성소재 PBO 섬유의구조와특성 (TOYOBO)
모니터링분석 2 PBO 섬유는옥사졸형태로된섬유로유기계섬유가운데에서는최고의강도, 탄성률및내열성을갖는섬유이다. PBO 섬유의구조와물성의관계, 용도에대하여소개하고있다. 물성은 3차원적질서가없는결정구조, 고도의분자배향, 주기적인불균일구조, 선택배향등이다. 용도는 PBO의특성을살린 내열및난연제품, 복합재료, 로프, 케이블 등이주체이다. 일례로용접로봇의케이블커버가있다. 로프와케이블에서는낮은크리프 ( 치수안정성 ), 절연성 ( 유도전류가생기지않음 ) 등의특징을살린용도로전개되고있다. PPS 섬유개론과실용예 (TORAY) PPS 섬유는결정성의고기능열가소성엔지니어링플라스틱인 polyphenylene sulfide 수지를섬유화한것이다. 내약품성, 내열성, 난연성, 전기특성, 내증열성, 단열성등에서우수한성능을발휘한다. PPS 고분자는 N-메틸필로리돈과같은극성용매에황화나트륨을용해하여 p-디클로로벤젠과중축합반응을시켜얻는다. PPS 고분자를펠릿 (pellet) 화한후용융방사, 연신, 권축가공, 절단하여스테플 (staple) 섬유를제조한다. 또한멀티필라멘트 (multi-filament) 뿐아니라모노필라멘트 (mono-filament) 사도만들어지고있다. 섬유용은인성이높은선 (linear) 형이있다. PPS 섬유의 90% 는석탄화력발전소나고온소각용의백필터 (back filter) 용도이다. 탈할로겐방염가공의최신동향 REACH를포함한탈할로겐방염가공의동향 대표적인탈할로겐방염가공 : 인질소계분자간축합형 ( 셀룰로오스계적용 ), 인질소계섬유소반응형 ( 셀룰로오스계적용 ), 금속착염형 ( 양모적용 ), 인계제1세대 ( 폴리에스테르적용 ), 인질소계제4세대 ( 폴리에스테르적용 ) 섬유분야난연화기술의향후가공제 : 브롬계난연제 (HBCD), 제1세대인계난연제 (RDP), 제2세대인계난연제 (RDX), 제3세대인계난연제 (PIP-DP), 제2세대인계난연제 (ADPP)
모니터링분석 3 논할로겐방염가공 PROBAN 가공의메커니즘, Daiwabo PROBAN 가공방법, 특징등을소개하고있다. PROBAN 약제는포스핀을황산또는염산과포름알데히드로반응시키면 THPS 또는 THPC를생성한다. 이것을요소와반응시켜초기중합물을만들어포에함침시킨다. 이포를암모니아기체와반응시켜 PROBAN 올리고머를 PROBAN 고분자로중합시킨다. THP그룹이질소함유그룹에의해가교되어섬유내부에갇히게된다. THP의안정화를위해과산화수소로산화처리하고모든불순물을제거하기위해세정과건조를행한다. PROBAN 가공면의 LOI값은 29~32% 로고도의난연성을나타낸다. 면의방염가공 타올에적용할수있는방염가공특허가등장하였다. 특허 3806380호 ( 방염포의제조방법 ) 의요지는셀룰로오스섬유로된포를특정의방염제, dihydroxymethyl glyoxal monourine 및염화마그네슘을함유한방염처리수용액중에침적시킨후이포를가열처리함으로써우수한방염성과유연성등을갖는방염포를제조할수있다. 폴리에스테르섬유의염색동시가공용할로겐난연가공제개발 인계난연제로서는 ADPP(anilinodiphenyl phosphate), RDPP (resorcinol -bis[diphenol phosphate]) 의 2가지가유력하다. ADPP와비교하여 RDPP는흡수효율이낮고염색동시난연가공에서 ADPP와같은양을부여하기위해서는다량을첨가할필요가있다. RDPP는가수분해성이있어폴리에스테르를열화시키는것으로알려져있다. 현재인계난연제가운데폴리에스테르섬유의염색동시난연가공에적합한화합물은 ADPP이다. 4. 공개특허로본섬유기능소재와가공제 내열, 난연및방염소재관련특허출원사례를소개한다. 3 년사이에
모니터링분석 4 그수가너무많아 2009년의경우주목받을만한것과 2010년 1월 ~12 월사이공개된특허중에서주요특허를소개하고있다. 내열성에대한특허예 ( 폴리젖산에관계된것 ) 폴리젖산계복합섬유 특개 : 2010-281006 폴리젖산섬유, 섬유계보드, 필름부착섬유계보드및섬유계보드의제조방법 특개 : 2010-12681 등 내열성에대한특허예 ( 폴리젖산이외 ) 고내열성폴리이미드섬유및그의제조방법 특개 : 2010-180494 내열성방호복 특개 : 2010-255129 등 난연 방염성관련특허예 (HBCD 대응 ) 폴리에스테르섬유용난연가공재및난연성폴리에스테르섬유의제조방법 특개 : 2010-285711 난연 방염성관련특허예 ( 비할로겐대응 ) 난연성폴리에스테르섬유 특개 : 2010-275652 포스페이트-포스포네이트결합을함유한유기인화합물및이를활용한난연성폴리에스테르섬유, 난연성폴리우레탄수지조성물 특개 : 2010-265281 등 난연 방염성관련특허예 ( 기타 ) 항알레르기성난연여과재료 특개 : 2010-227758 가교아크릴레이트섬유 특개 : 2010-095843 등 출처 : 山崎義一 (Yoshikazu Yamasaki), 最新の纖維テキスタイル機能性素材のレビュー, 加工技術 ( 日本 ), 46(4), 2011, pp.248~255
모니터링분석 5 전문가제언 합성섬유산업의기술발전과제는크게생산기술의발전, 고강도 / 고탄성률등의고성능추구, 심미성의추구, 마이크로추구와나노섬유기술, 기능성섬유그리고환경대응등이다. 향후전개방향으로서중요한것은새로운관점에서미래에대응하는것이다. 단순히기존섬유의응용보다도타산업분야와융합하는복합기술로의발전이바람직하다. 최근의기능성소재 ( 섬유, 텍스타일 ) 에대한리뷰 (review) 보고가 가공기술 ( 일본 ) 전문지에시리즈로게재되고있다. 그첫번째가 수분및열특성, 두번째가 운동기능및취급용이성, 세번째가 염색및염색성 그리고본문헌에서네번째로 내열, 난연및방염소재 에관련된소재를소개하고있다. 고강도및고탄성률섬유에는파라계아라미드섬유, 초고분자량폴리에틸렌섬유, 폴리아릴레이트섬유, PBO섬유, 탄소섬유등이일본에서생산되는대표적인섬유제품이다. 고내열성섬유에는메타계아라미드섬유, PPS섬유, 폴리이미드섬유가있다. 일본의섬유산업은 2차대전후크게발전하여세계유수의규모가되었다. 그후한국, 대만등의추격을받았고중국의급격한확대로인해어려운환경에처하고있다. 그대책으로서일본의섬유산업은세계화전략과고부가가치화를병행하여고성능섬유와고기능섬유를사용한새로운산업자재용도로의전개를적극적으로추진하고있다. 한국의섬유산업은한때장치산업으로서크게각광을받았으나지금은선진기술산업으로의변환을압박받는격동의시대를겪고있다. 1990 년대까지는폴리에스테르, 나일론등의생산거점으로세계에서주력생산국으로서역할을하였으나그후의류등의양산분야가중국등으로옮겨가고있다. 이런흐름가운데한국섬유산업은요소기술의극대화와새로운산업의창조를위하여기술혁신에도전해야한다. 일본의사례와차별화방안을모색해야한다. 이분석물은교육과학기술부과학기술진흥기금을지원받아작성하였습니다.