Na<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> Flame Retardant Treatment on Lyocell Fiber for Thermal Stability and Anti-oxidation Properties

Hyeong Gi, Kim; Eun Ae, Kim; Young-Seak, Lee; Se Jin, In

doi:2015.29.2.25

Fire Sci. Eng. > Volume 29(2); 2015 > Article

Fire Science and Engineering 2015;29(2):25-32.
DOI: https://doi.org/10.7731/KIFSE.2015.29.2.025 Published online April 30, 2015.

라이오셀의 열 안정 및 내산화 특성 향상을 위한 Na₃PO₄ 내염화 처리

김형기, 김은애, 이영석, 인세진

¹한국소방안전협회
²충남대학교 바이오응용화학과
³충남대학교 바이오응용화학과
⁴우송대학교 소방방재학과

Na₃PO₄ Flame Retardant Treatment on Lyocell Fiber for Thermal Stability and Anti-oxidation Properties

Kim Hyeong Gi, Kim Eun Ae, Lee Young-Seak, In Se Jin

¹Korea Fire Safety Association
²Dept. of Applied Chemistry and Biological Engineering, Chungnam National Univ.
³Dept. of Applied Chemistry and Biological Engineering, Chungnam National Univ.
⁴Dept. of Fire and Disaster Protection Engineering, Woosong Univ.

요약

라이오셀 섬유의 열 안정성과 내산화성을 향상시키기 위하여 $Na_3PO_4$ 수용액으로 내염화 처리를 실시하였다. 다양한 공정조건으로 라이오셀 섬유를 내염화 처리한 후 열 안정성과 내산화성을 측정 및 분석하고 그에 따른 메커니즘을 고찰하였다. 내염화 처리된 라이오셀 섬유의 적분 열분해 온도(integral procedural decomposition temperature, IPDT)와 활성화 에너지(activation energy, $E_a$)값은 각각 약 30, 160%로 향상된 것을 알 수 있었다. 이는 $Na_3PO_4$가 연소 시 에스테르화 반응, 탈수소화 반응 및 C-C 결합의 분해반응으로 char 형성을 촉진하여 섬유 표면에 보호층을 형성하여, 고분자 수지 내부로 산소와 열 공급을 물리적으로 차단하여 열 안정성과 내산화성이 향상된 것으로 판단된다. 이러한 결과를 바탕으로, $Na_3PO_4$ 수용액을 이용하여 열 안정성과 내산화성이 향상된 라이오셀을 제조하였고, 내염화 처리공정의 최적화된 인자 및 메커니즘을 고찰하였다.

Abstract

The improved thermal stability and anti-oxidation properties of lyocell fiber were studied based on flame retardant treatment by using $Na_3PO_4$ solution. The optimized conditions of flame retardant treatment were studied on various concentrations of $Na_3PO_4$ and the mechanism was proposed through experimental results of thermal stability and anti-oxidation. The integral procedural decomposition temperature (IPDT), limiting oxygen index (LOI) and activation energy ($E_a$) increased 30, 160% respectively via flame retardant treatment. It is noted that thermal stability and anti-oxidation improved based on char and carbon layer formation by dehydrogenation and dissociation of C-C bond resulting the hindrance of oxygen and heat energy into polymer resin. The optimized conditions for efficient flame retardant property of lyocell fiber were provided using $Na_3PO_4$ solution and the mechanism was also studied based on experimental results such as initial decomposition temperature (IDT), IPDT, LOI and $E_a$.

Key Words: Lyocell fabrics, Flame retardant treatment, Thermal stability, Anti-oxidation, Thermo-gravimetric analysis