Abstract: 열환원법으로 제조된 열환원그래핀(TRG)을 폴리염화비닐(PVC)을 바인더로 사용하여 연질 폴리우레탄(FPU) 폼에 코팅하여 전기적 특성과 난연성을 평가하고 그 변화를 조사하였다. 그래핀은 흑연에서 그래핀층을 분리하여 얻는 방법, 화학적 제조방법, SiC 상의 에피택셜 성장방법, 화학기상증착(CVD) 방법 등 다양한 방법으로 제조되는데, 핀은 일반적으로 이를 이용하여 제조하는 것이 경제적이다. 흑연을 원료로 합니다. 폴리우레탄 폼 위에 바인더를 여러 겹으로 연속적으로 코팅한 후 코팅된 GO를 그래핀으로 환원시켜 난연성 효과를 평가하였다.
Weiet al. 이온성 액체에서 GO를 화학적으로 환원시켜 제조된 분산 그래핀을 폴리우레탄 폼에 코팅한 후 이온성 액체를 중합시켜 난연 효과를 평가하였다.22 And B Shen et al. 별도의 바인더 없이 폴리우레탄 폼에 GO를 코팅한 후 화학적 방법으로 환원시켜 전자파 차폐효과를 평가하였다.23. 본 연구에서는 중합된 고분자 물질을 고정제로 사용하였고, 산업적으로 대량생산이 가능한 열환원법으로 제조된 그래핀을 폴리우레탄 폼에 코팅하였다.
실 험
FPU 폼의 표면 형태는 정전기 방지를 위해 샘플에 백금을 코팅한 후 주사전자현미경(FE-SEM, Zeiss, Supra35)으로 관찰하였다. 코팅된 FPU 폼의 난연성은 수평 연소 테스트를 통해 평가되었습니다(그림 1). 그 후, 잔류물의 중량을 측정하여 원래 시료 중량에 대한 중량 감소율(%)을 계산하였다.
화염전파속도와 중량감소율을 3회 측정하여 평균값을 구하였다.
이러한 결과는 TRG가 효과적으로 연결되어 전기 전도 채널을 형성하기 위해서는 접착제로서의 PVC의 역할이 필요하다는 것을 보여줍니다. 또한, 이러한 결과는 전술한 바와 같이 TRG가 효과적으로 연결되어 전기 전도 채널을 형성하기 위해서는 접착제로서의 PVC의 역할이 필요함을 입증한다. 위의 결과는 TRG 코팅의 표면 저항을 줄이기 위해서는 소량의 고정액을 사용할 필요가 있음을 보여줍니다.
위의 측정 결과는 그래핀을 고분자와 혼합했을 때 보고되는 EMI SE 값에 비해 상대적으로 높은 차단 효율을 보여준다. 5dB 수준에 비하면 차폐효과가 더 작다.24 또한, 폴리우레탄 폼에 GO를 코팅한 후 화학적 환원을 한 경우에 비해 차폐 성능이 상대적으로 좋지 않다.23 이러한 결과는 감소와 일치한다. 이는 준비된 그래핀을 코팅하는 것보다 그래핀이 더 효율적으로 결합하여 전자 시트 차폐가 더 효율적이라는 것을 의미합니다. 코팅되지 않은 FPU에서는 화염이 이동하는 동안 시료가 액상으로 녹아 메쉬 속으로 떨어졌다(그림 7(a)). 액상에서도 화염이 한동안 유지되다가 꺼졌다. 도 7(a)에서는 화염이 진행되는 부분을 원으로 표시하였으며, 액상으로 변하면서 두께가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
그리고 화염이 전진하는 부분에서는 흰 연기가 발생했다. 그러나 코팅의 TRG 함량이 증가할수록 화염의 높이와 화염의 면적은 감소하였다. 연소가 시작된 부분이 약간 휘어진 것을 제외하면 세 샘플 모두 전체적으로 원래의 모습을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
그러다가 코팅량이 15 phr 이상이면 화염 높이와 화염 면적이 크게 줄어들어 비슷한 크기와 모양을 가지게 되었으며, 화염이 시편 바닥까지 도달하지 못하고 다시 스스로 소화되는 현상이 나타났다. (자기 소화). 그리고, 코팅량이 적을 경우, 코팅막의 TRG 함량이 높을수록 연소에 따른 중량감소는 일반적으로 적다. 이는 TRG가 PVC보다 난연성 효과 발현에 더 효과적이라는 것을 의미한다.
이러한 결과는 바인더로 사용된 PVC가 TRG의 난연효과를 상승시킨다는 것을 보여준다. 이러한 결과와 기존 화재 형태를 종합하면 TRG와 PVC를 덮을 경우 난연 효과로 인해 화재 정도가 감소하는 것으로 나타났다. 따라서, 내부가 완전히 연소되지 않은 상태에서 겉보기 화염 전파 속도는 일반적으로 증가함을 알 수 있다.
결 론
Muhammad, Review of nonflammability properties of graphene and graphene oxide based polymeric composites and essential flame retardant techniques, Polymer-Plastic Technology and Engineering. Gao, The influence of a new two-dimensional graphene-like nanomaterial on thermal stability and flammability of polystyrene, Journal of Colloid and Interface Science. Zhang, Deoxygenation of exfoliated graphite oxide under alkaline conditions: A green route to graphene preparation, Advanced Materials.
Jeong, Physical properties of functionalized graphene sheet/poly(ethylene-co-vinyl acetate) composites, Polymer (Korea. Jeong, Graphene prepared by thermal reduction-exfoliation of graphite oxide: Effect of raw graphite particle size on properties of graphite oxide and graphene, Materials Research Bulletin Ruoff, Colloidal suspensions of highly reduced graphene oxide in a range of organic solvents, Nano Letters.
