ABS 나노복합재료와 이를 적용한 내화창호시스템의 개발

Development of an ABS Nanocomposite Material and Its Application to a Fire-Resistant Glazing System - Part I: Development of an ABS Nanocomposite Material

본 연구에서는 건축물의 구성재 중 하나인 커튼월구조 창호시스템의 저단열성 알루미늄 프레임 부분에 대해 가연성이 개선된 고단열성 ABS-나노클레이 복합재료(이하 나노복합재료)를 적용하여 건축물의 에너지 효율성과 화재안전성 확보 모두에 기여하고자 한다. 파트 I에서는 ABS의 가연성 개선을 위해 (i) 클레이를 나노 분산(CTAB / Mica)시키고 (ii) 다공성 탄화발포 보호층을 형성시키는 팽창형 수지(Intumescent material)를 첨가한 나노복합재료를 개발한다. 이 과정에서 클레이의 분산성을 높이기 위해 친수성인 클레이를 친유성으로 개질하였고, ABS 구성물의 극성을높이기 위해 수지에 그라프트 공중합(ABS-g-MAH)을 시켰다. 개선된 성능 확인을 위해 X-ray diffraction (XRD),Transmission electron microscopy (TEM), Thermogravimetric analysis (TGA), Differential scanning calorimetry (DSC), Laserflash apparatus (LFA), Cone calorimeter 실험을 수행하였고 그 결과를 기반으로 창호시스템 프레임 내 적용을 위한최적배합비로서 ABS-g-MAH : CTAB / Mica : Intumescent = 100 : 5 : 35 (phr)로 결정하였다. 파트 II에서는 연구실단계에서 개발된 재료를 생산 단계로 스케일업하여 내화창호시스템 파일럿 모델을 제작하고 그 내화성능의 확인을위해 벤치스케일 및 실스케일 내화실험하는 과정을 다룬다.

This study is focused on the development of a curtain-wall-type fire-resistant glazing system to contribute to both energyefficiency and fire safety of a building. The weakness of the aluminum frame on thermal insulation was supplemented byan ABS nanocomposite material with a superior thermal insulation performance. It contained (i) a maleic-anhydride-graftedABS to improve the dispersion of clay, (ii) nanoscale clay, and (iii) intumescent material to retard the combustion on theexposed surface of the polymer. A series of X-ray diffraction, transmission electron microscopy, differential scanningcalorimetry, LFA, and cone calorimetry tests were carried out to analyze the degree of improvement in flame retardancyand optimize the compound ratio. In Part II (the authors’ companion paper), the ABS nanocomposite material based on theoptimized compound ratio was scaled up for application to a fire-resistant glazing system in industries. Bench- and full-scaletests were performed to confirm the system’s performances in terms of both thermal resistance and insulation.