섬유정보팀

텍스토피아 유료정보/2012/10/04

목 차

1. 난연(難燃) 섬유의 정의 및 원리 ··················································································· 1

1-1. 정의 ····················································································································· 1

1-2. 연소 원리 ·············································································································· 1

2. 소재별 특성 분류 ········································································································· 2

3. 난연 기능성 제품의 연구개발 동향 ·············································································· 3

3-1. 시장 규모 ············································································································· 3

3-2. 소재 개발의 중요성 ································································································ 3

3-3. 국내외 기업별 소재 개발 현황 ··············································································· 4

(1) 난연제 Type별 개발 및 사용 현황 ····································································· 4

(2) 기업별 소재 개발 현황 ····················································································· 5

3-4. 용도 ······················································································································ 7

4. 난연 기능의 핵심기술 ··································································································· 7

4-1. 폴리머 제조기술 ··································································································· 8

4-2. 원면(Staple Fiber)와 원사(Filament)의 제조기술 ····················································· 9

4-3. 원사 방사 및 사가공 공정(DTY) ············································································ 1 0

4-4. 제직 및 방적 ······································································································ 1 1

(1) 제직준비 및 제직 공정 ···················································································· 1 1

4-5. 염색가공 기술과 신뢰성 ························································································ 1 3

4-6. 평가 부분 ··········································································································· 1 4

(1) 국제 인증규격 ································································································· 1 4

(2) 난연 평가 설비 ······························································································· 1 5

(3) 난연 평가 방법 ······························································································· 1 5

5. 맺음말 ······················································································································· 1 7

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1. 난연(難燃) 섬유의 정의 및 원리

1-1. 정의

  난연 섬유소재란 섬유 제품이 불꽃에 접촉하고 있을 때는 타지만 불꽃을 제거하면 스스로

불꽃을 내면서 연소하는 것을 방지 또는 억제하도록 하는 섬유소재를 말한다. 즉, 섬유 자체가

타지 않도록 하는 것이 아니라 화재의 전파 능력을 상실하게 하는 섬유를 말하며 난연 대신

방염(防炎), 방화(放火), 방연(防燃) 등의 용어를 사용하기도 한다. 난연 또는 방염 섬유소재는

일반적으로 한계산소지수(LOI) 값이 28 이상인 것을 말한다.

1-2. 연소 원리

난연의 연소 원리는 알아 두는 것이 도움이 될 것 같아 그림 1과 같이 간단히 도식화 하였

다.

그림 1. 연소 과정 3요소

섬유는 어떠한 외부적 열에너지에 의해 가열, 열분해, 연소 및 전파 과정에 의해 연소되며

이러한 연소과정의 원리를 고찰하면 다음과 같다.

가) 가열 : 섬유가 분해를 일으킬 때까지 온도가 높아지는 과정으로서 온도 상승률의 인자로

는 비열, 열전도도, 상전이(용융, 승화, 증발 등)등이 있다. 열분해는 섬유고분자 가운데 열적으

로 불안정한 부분에서 열에 의해 분해가 일어나는 과정으로 열이 계속 공급되면 섬유는 고체

상과 액체상으로 분해되어 가연성 기체와 비가연성 기체를 발생시키게 되며 이때 가연성 기체

와 비가연성 기체의 상대적인 양은 섬유 소재의 성분, 첨가된 조제, 주위의 기류에 따라 달라

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진다.

나) 연소 : 열분해에 의해서 생성된 가연성 연료가 공기 중의 산소와 결합하여 열을 발생시

키며 외부에서 가해진 열에 의해 섬유가 열분해되어 가연성 연료를 생성하고, 이 연료 중 일

부가 공기 중의 산소와 결합하여 불꽃에서 연소하여 외부로 열을 발생시키게 된다. 발열 반응

에 의해 발생된 열의 일부는 섬유가 계속해서 열분해 되는데 사용되고, 나머지는 주위로 분산

되어 손실된다.

다) 화재의 전파 : 연소시 발생하는 발열량과 온도의 상승에 필요한 흡열량의 크기에 따라

달라지는데 흡열량이 발열량보다 큰 경우 섬유는 스스로 꺼지고(자체소화성) 흡열량이 발열량

보다 작은 경우 화재는 전파된다.

2. 소재별 특성 분류

▣ 난연 섬유제품

난연 섬유란 섬유 상태에서 난연 특성을 갖도록 제조한 섬유 또는 자체적으로 난연성을 갖

고 있는 섬유를 의미하며 하기 표1 연소성의 정도에 따라 섬유소재를 분류하여 구분하였다.

또한 용도 전개시 복합 가능성이 있는 화학 및 천연 섬유도 참고가 되도록 분류하여 보았다.

구 분 Fiber (Brand) LOI융점 또는 분해온도

*SP(Softening Pont)

불 연

(Non-flammable)

Glass fiber

Metallic fiber

Asbestos(溫石綿)

Non-

Flammable

760 ~ 815

내 열

(Heat resistant)

Aramid (Nomex, Conex)

PPS(Polyphenylene sulfide)

Fluorocarbon fiber (Teflon)

30

34

95

380 ~ 400

285

327

난 연

(Flame retardant)

Flame retardant rayon

Flame retardant acrylic (Lufnen)

Trevira cs

Flame retardant polyester(HEIM)

ESFRON

Aramid (Kevlar)

Poly vinylidene chloride(PVC)

26.4

29 ~ 32

29 ~ 32

28 ~ 32

29 ~33

28

35 ~ 37

no melting

190 ~ 200

240 ~ 248

238 ~ 245

239 ~ 245

480

일 반

(Flammable)

Cotton

Polypropylene

Rayon

Acrylic

Nylon

Polyester

Wool

17 ~ 19

19 ~ 20

17 ~ 19

20

20 ~ 22

20 ~ 22

24 ~ 26

no melting

164~170

no melting

190 ~ 240(SP)

160~260

250~260

no melting

표 1. 연소성 정도에 따른 섬유소재의 분류

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3. 난연 기능성 제품의 연구개발 동향

여기에서 언급하고자 하는 난연 기능성 소재 개발 동향은 시장규모, 난연 소재 개발의 중요

성, 국·내외 소재개발 현황, 용도, 난연제 종류 및 평가방법 등을 살펴보고자 한다.

섬유제품에 난연성을 부여하는 방법은 다음과 같이 2가지 방법이 있는데, 여기에서는 영구

적인 난연 기능을 부여하는 방법에 대해 언급하고자 한다.

1) 섬유용 고분자를 제조하는 중합단계에서 난연제 단량체(Monomer)를 화학적으로 공중합

하여 영구적인 난연 기능을 부여하는 방법.

2) 섬유제품이 만들어진 후의 후처리에 의한 방법(세탁견뢰도 불리)이 있다.

3) 방사단계에서 난연제를 직접 투입하는 난연 제품을 제조하는 연구도 있다.

3-1. 시장 규모

구 분 현재의 시장규모( 2010년 ) 예상 시장규모( 2014년 )

세 계 시 장 규 모 18,000 억원 26,000 억원

한 국 시 장 규 모 300 억원 500 억원

표 2. 난연 시장규모 (소재 기준) :주요 시장은 유럽, 미주, 일본 등

* 산출근거 :

-. 세계시장 : 세계 PF, PSF 전체시장 2,400,000톤 중 난연 섬유시장은 약 2% 수준인 48만톤 예상. (한

국화섬협회)

-. 국내시장 : 국내 난연 PF, PSF 시장 : 약 8,000톤 예상. (한국화섬협회)

3-2. 소재 개발의 중요성

전 세계적으로 경제가 발달하고 삶의 질이 높아지고, 생명에 대한 인식이 달라짐에 따라

LOHAS 차원의 욕구가 증대됨에 따라 난연 섬유도 이에 맞는 기능과 성능을 갖는 소재와 용

도 개발이 요구되고 있다. 요즘은 고정된 건물(호텔, 병원, 노래방)과 사람이나 짐을 나르는 운

송용(선박, 비행기, 기차, 버스 등) 설비도 대형화되어 화재사고가 발생되면 대형사고가 나므로

인명피해는 물론 화재로 인한 경제적 손실도 매우 크다.

화재는 예방에 대한 대책이 가장 중요하고 이에 따른 시스템을 잘 갖추어도 위험성은 항상

존재한다. 소방법규의 강화 및 확대는 물론 기술적으로 치명적 유독가스가 적은 난연 소재의

연구도 중요하며 다양하게 전개되고 있다.

용도의 차별화된 제품 개발이 왜 중요한지를 우리나라의 실제 대형화재의 사례를 보면 더욱

중요성을 알게 될 것이다. 대연각 호텔 화재(1971년, 163명 사망), 충주호 유람선 화재(1994

년,26명 사망), 씨랜드 화재(1999년,23명 사망), 인천호프집 화재(1999년,57명 사망),대구지하철

방화사건(2003년,192명 사망),여수출입국 화재사건(2007년) 등에서 보았듯이 화재로 직접 생명

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을 잃는 경우와 인천호프집은 특히 유독가스 사망의 후유증이 컸다. 아래 그림2는 당시 화재

발생 유형이다.

서울 대연각 호텔 화재

충주호 유람선 화재 대구 지하철 방화사건

그림 2. 우리나라 대형 화재 사례 (호텔, 유람선, 지하철)

3-3. 국내외 기업별 소재 개발 현황

1) 난연제 Type별 개발 및 사용 현황

난연성을 부여하는 원자들 중에서 할로겐류 난연제는 독성가스로 인한 사용의 제약을 받고

있어 사용량이 점점 줄어들고 있다.

난연제로 사용되는 화합물은 공통적으로 난연성을 갖는 원소들을 함유하는 물질로 구성되며

원소 주기율표로 보면 Ⅴ족의 N(질소), P(인), Sb(안티몬) 및 Ⅶ족의 halogen 원소들이다. 결론

은 섬유의 난연제로는 P(인)계로 가장 적합하다.

공중합이 가능한 P계 난연제는 지금까지 세계적으로 3종류 Type이 상용화 되어 있는데, 국

내외 관련 상세한 기술현황은 아래 표 3에 언급되어 있다.

난연제 Type A는 국내에서 최초로 웅진케미칼(주)이 1996년 자체 개발하여 난연제 생산설

비를 구축하여 제조하는 Type으로 난연성이 Type B대비 동일 P(인) 함량 대비 난연성이 우수

하며, 폴리머 중합에도 적합한 난연제이다.

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Type B는 일본의 라는 업체에서 난연제를 개발하여 1980년 초에 독점으로 三光(Sanco)와 東

洋紡(Toyobo)에 공급하기로 하고, 특허를 출원하여 본격적으로 난연 제품을 생산하게 되었다.

특허는 이미 완료되었으나, 난연제 Type 중 분자량이 너무 커서 폴리머를 제조시 사용량이 많

아 폴리머의 다른 난연제 대비 색조(Color)와 융점이 다소 낮아 품질이 다소 떨어지는 것으로

알려져 있다.

Type C는 독일의 Trevira cs(Hoechst Celanece)가 세계 최초로 개발하여 유럽시장을 중심으

로 세계의 난연 제품 시장을 주도한 난연제이다. 장점은 분자량이 적어 폴리머를 제조하는데

유리한 부분이 많은 난연제이나, 타사에 판매는 하지 않고 있다.

표 3. P계 난연제 Type 및 특성

2) 기업별 소재 개발 현황

난연 폴리에스터 소재는 현재 독일의 Trevira cs(Hoechst Celanece)에서 85%이상 Market

Share를 차지하고 있고, 그 뒤로 일본의 東洋紡(Toyobo)가 Trevira cs의 일본의 주)三光라는 업

체로 부터 난연제(Type B)를 독점 공급받아 본격적으로 'HEIM' 이라는 Brand로 난연 제품을

생산하게 되었다.

그 외에 대만의 Nanya, Shinkong, Far Eastern등에서도 생산하고 있다고 발표되고 있으나,

실제 생산량은 많지 않다. 1997년 이후 난연성 폴리에스터의 성장률은 유럽 15%, 미주 20%,

아시아 일부 국가에서 20%로 추정되며 각 지역별 성장률을 보면 성장기에 있는 국가들의 사

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용량이 급격히 늘어남을 예측할 수 있다.

앞에서 잠시 언급한바와 같이 과거에는 Br(브롬)계 난연제가 사용되었으나, 인체는 물론 제

조공정에서 기계적 부식과 인체에 대한 위험성이 있어 현재는 사용을 하지 않고 있다. 지금은

전 세계적으로 P(인)계 난연제가 사용되고 있다. 아래 표4.는 국내외 난연 섬유를 생산하고

있는 업체의 현황을 나타내었다.

국 가 Maker Brand 비 고

독 일 Hoechst Trevira cs *세계 시장의 80% Market Share

일 본

Unitika Textileinfo *Trevira cs로부터 기술 받음

東洋紡 Heim *Type B 난연제 사용

帝 人 엑스타 *커튼용(75,150,200d), 세탁성 우수

일본 ESTER HMIF *6d,13d/ 충전면(중공단면)

旭化成 테크,델타(PF) *인테리어, 침장(고속방사)

한 국

웅진케미칼 ESFRON *원면, 원사 국내 최초 판매

효 성 FIREX *원사 판매(2,000년 초)

코오롱 X-FIRON

휴비스 ZEROXY *원면, 원사 판매(2006년도)

표 4. 국내외 난연 소재 생산업체

HUVIS, ZEROXY

그림 3. 국내 화섬사의 제품 BRAND 현황

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3-4. 용도

난연 소재의 용도는 소방 법규에 따라 국가마다 다소 차이가 있지만, 난연 성능은 전 세계

적으로 같은 수준을 요구하고 있다. 용도는 다음 그림에서도 나타나겠지만 의류(잠옷), 큰 건물

(호텔, 대형빌딩), 운송, 수송용(선박, 항공기, 기차), 홈 텍스타일(침장, 커튼, 벽지 등) 유흥업소

등 매우 다양하다. 또는 P(인)계는 아니지만, 소재 자체가 갖고 있는 슈퍼섬유인 내열성(소방

복, 특수복) 소재와 복합화하여 용도전개가 활발하여 시장이 급속히 늘어나고 있다.

그림 4. 인테리어, Window Coverinjg, 잠옷, 운송용 등

4. 난연 기능의 핵심기술

난연 기능성 소재의 핵심 기술은 난언제와 폴리머 제조기술 부분이 가장 큰 부분이 사실이

다. 아래 그림 4는 후가공법이 아닌 폴리머부터 영구적인 난연 소재의 제조 Flow이다. 하지만,

난연 소재(원면, 원사)가 품질과 성능을 우수하게 제조하였다 하더라도 후가공 공정의 접목 제

조기술 등도 중요하다.

따라서 이에 적합한 방적(원면), 사가공(원사), 제직 및 염색가공 등의 유기적 기술이 중요하

다고 할 수 있다.

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그림 5. 난연 폴리에스터 소재 제조 Flow

4-1. 폴리머 제조기술

난연 폴리머 제조는 일반 Regular 폴리머 제조와 큰 차이가 없고 몇가지 폴리머 제조방법을

부여하면 가능한 방법이다. 중요한 것은 난연 성능을 갖기 위해 용도별로 어느 정도의 난연성

(LOI를 중심으로 국제규격)을 확보하게 하느냐가 가장 중요한 포인트라 할 수 있다.

일반적으로 난연제 사용량은 뒤에 난연제의 P(인) 함량이 그림 12 그래프에서 보듯이 어떤

Type의 난연제를 선정해도 그 기준은 맞추어야 한다. 국제적 난연성을 갖기 위해서는 폴리며

내에 순수 P(인) 함량이 0.5~0.6% 범위가 통상적이다.

원면과 원사에 있어서는 원사용 소재가 더 높은 난연성을 요구하는 것이 일반적이다. 난연

제는 다른 개질제와 달리 반응성이 너무 좋아, 에스테르(ES) 반응공정에 투입하지 않고 PC(중

축합) 공정초기에 투입해도 무방하다.

난연제는 통상적으로 다른 차별화 폴리머의 개질제와 달리 색조가 L/a/b에서 a에 해당되는

Green치가 강하고, b치가 높아지는 경향이 있다. 따라서 이에 맞는 적절한 촉매 선정과 온도

조정 등이 중요한 인자이다. 촉매는 반응성이 빠르고 Color를 보완해 주는 촉매를 선정해 주

는 것이 좋다. 열안정제로 사용되는 P(인)이 난연제 안에 존재하고 있으므로 난연제 자체가 열

안정제로 작용하므로 별도로 열안정제를 사용치 않아도 무방하다. 하지만, 난연제의 품질 등은

제조공정에서 품질적 위험성도 있기 때문에 고객의 품질에 항상 주의를 인식하여 기술을 정립

해야 한다.

난연 폴리머의 물성은 난연제 함량에 따라 융점이 낮아지는데 P(인)함량에 따라 크게 낮아

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지지는 않는 폴리머이다. 0.1%(1,000ppm)당 2℃정도 낮아진다.

용융점도도 Shear Rate 변화에 따라 동일 온도에서 크게 변하지 않아 방사성도 좋고 결정화

도가 빠른 편이어서 IV를 Regular 폴리머에 비해 동등 수준 또는 약간 높이는 정도 수준이다.

(이것은 원면, 원사의 강도와 상관관계가 있음)

4-2. 원면(Staple Fiber)와 원사(Filament)의 제조기술

그림 6. 원면의 방사,연신 공정 모식도

원면공정은 원사공정과 같이 건조, 방사, 연신 공정으로 이루어져 있다. 크게 보면 방적용과

비방적용(부직포)용으로 나뉘는데 방적용 시장이 월등히 많다.

또한 전 세계적으로 원면과 원사의 사용량도 원면의 방적용 시장이 60% 이상을 차지할 정

도로 가장 크다. 앞에서 언급했듯이 난연칩의 결정화 속도가 Regular 폴리머와 유사하여 건조

온도와 방사온도도 야간 낮은 정도로 설정하면 큰 무리가 없다. 연신성도 아주 좋은 편이다.

단, SBR(Super Bright) 원면은 아주 높은 기술을 요구 한다. 원면공정의 Creel공정 이후의 연신

에 있어 Total Denier가 적어도 80만 Denier 이상이 되므로 F/F(사간 마찰)과 F/M(사와 기계

R/O)의 마찰이 크므로 마찰에 의해 연신시 사절이 발생하므로 이것을 해결하기 위해서는 중

합공정에서 마찰을 제어할 수 있는 기술을 발현해 주어야 한다.

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4-3. 원사 방사 및 사가공 공정(DTY)

원사는 제조방법이 SDY(Spin Draw Yarn)와 가연(DTY)을 요구로 하는 제품은 POY-DTY 공

법을 섬유의 용도에 맞게 선택해야 한다. SDY법은 요구되는 원사 Spec'에 따라 제조하면 된

다. 앞에 원면 공정에서 언급했듯이 건조, 방사온도 등도 유사하게 생각하면 된다.

단,분섬사와 같이 mono'기준으로 20d~50d까지 제조시는 약간의 고화(Quenching)기술을 요

한다. 원사는 SBR 원사를 제조할 때 원면과 달리 Filament의 수가 적으므로 마찰의 제약을 많

이 받지 않아 방사속도와 유제로 원면 대비 기술을 제어할 수 있는 장점이 있다.

가연(DTY)사를 제조할 시는 원사 특성에 맞도록 적정한 Drawing force를 설정하여 사가공

중 발생하는 모우나 ,백분 등을 최소화할 필요가 있다. 특히 난연 섬유는 열이나 마찰에 민감

하므로 그에 맞는 적정한 조건설정 및 기술이 중요하다.

그림 7. 원사의 방사 및 DTY 모식도

또한, 이렇게 만들어진 섬유제품의 염색이나 준비공정에서 발생하는 난연성 저하가 발생되

지 않도록 준비공정부터 염가공 공정까지 난연 제품의 특성에 맞게 준비가 되어야 한다. 이를

해결하기 위해서는 준비공정 단계에서부터 세심한 조건 설정 및 조제 등의 영향을 미리 파악

하고 선정해야 하며 또한 염료의 선정, 염색온도 및 Set 온도 등 매우 민감한 기술 등은 염가

공 공정에서 언급을 하겠다.

아래 표 6은 통상적으로 제조되고 있는 원사와 원면의 대표적인 품종을 나타내었으나, 이

외에도 용도 개발에 따라 여러 가지 특수한 Spce‘과 추가로 용도에 따라 차별화 기능과 성능

을 부여할 수 있는 제품 개발이 가능하다.

이 부분은 맨 뒤의 맺음말에서 향후에 개발이 가능한 분야에 대해 언급해 보고자 한다.

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표 5. 원사, 원면 대표적 제조 품종 Spec'

Type Luster Specifications

FYSD 50/36, 68/24, 75/36, 75/72, 150/96

SBr 50/24, 75/36DTY SD, FD 75/72, 75/36, 150/48, 150/96, 300/96

Polyester Filaments

Type Specifications Remarks

ESFRON-DB 75/24, 150/48 Dope Dyed Black

ESFRON-MONO 20/1, 30/1, 240/12, 240/8 Macro Mono Yarn

ESFRON-SES 130/72, 160/84(ITY) Sea-islands Type

Specialized Filaments

De × Length Luster

1.0 de × 32mm, 38mm SBr, SD

1.4 de × 38mm, 51mm SBr, SD

6.0 de × 64mm SBr, SD

Polyester Staple Fibers

4-4. 제직 및 방적

1) 제직준비 및 제직 공정

그림 8. 제직 준비 및 제직 공정

위의 그림 8과 같이 원사의 제직준비 및 제직은 Regular 원사와 큰 차이가 없으므로 속도만

약간 제어해 주면 큰 문제가 없다.

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그림 9. 난연(Staple Fiber)의 방적공정 모식도

앞의 그림 9에서 보듯이 원면(Staple Fiber)의 방적공정은 매우 중요한 공정이다. 방적사는

무엇보다 원면의 품질이 좋아야 하고, 또한 방적공정에서도 원면의 특성에 맞게 여러 가지 조

건을 최적화해야 하는 부분이 원사에 비해 까다롭다고 할 수 있다. 그 중에서도 가장 까다로

운 품종이 SBR 방적사 제품이다.

방적 공정 중에서도 연조, 조방, 정방 공정은 마찰이 일어나는 공정이므로 마찰이 심하게 일

어나면 공정 가동이 어렵기 때문이다. SBR은 폴리머내에 대부분 입자가 없으므로 원사, 원면

및 방적공정에서 F/F와 F/M의 마찰이 특히 심할 수밖에 없다. 특히 방적공정에서 마찰이 심

하게 일어나면 제품이 먼지 형태로 공정에서 공기 중에 날아다니는 것을 볼 수 있다. 따라서

방적공정에서 속도를 낮추고, 각종 조치를 취해도 문제가 발생되는 것은 방적공정 기술로는

한계가 있다. 따라서 화섬사에서 소재를 제조하는 공정 중에서도 특히, 폴리머 제조 공정에서

사전에 이것을 제어해 줄로 원사, 입자를 선정하여 후공정에서 기술제어가 될로 원사도록 기

술을 확보해 주어야 한다. 제품마다 이와 유사한 사례들이 많은데 이는 기술자들이 어느 공정

에서 핵심적인 중요 기술을 해결해야 하는지를 알아서 결정해 주어야 한다.

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4-5. 염색가공 기술과 신뢰성

그림 10. 난연사의 염착률 그래프 및 신뢰성 평가

난연 제품은 앞에서 특성을 언급하였으므로 여기에서는 이에 따른 염색공정과 신뢰성 평가

항목에 대해서만 언급하고자 한다. 난연은 다른 일반사와는 달리 후공정인 정련, 염색 공정 등

에서 난연성이 소실되면 치명적이다. 난연사의 생명은 난연성이기 때문이다. 정련시 불에 연소

가 잘되는 실리콘(SI)계 유연제 등의 사용은 위험하다. 따라서 공정마다 사용되는 물질이 난연

성에 미치는 영향이 무엇인지를 생각하여 일반사와 다르게 조제를 연구하여 사용해야 한다.

또한 염료의 선정, 염색온도 및 Set 온도 등 매우 민감한 각 공정 단계에서의 최적화 기술이

요구된다. 통상적으로 염색 온도는 그림10. 그래프에서 보듯이 일반사와 약 5℃~7℃정도 낮게

설정하면 큰 무리가 없다. 이것을 아는 방법은 난연 폴리머의 열적 특성인 유리온도와 결정화

속도를 Up Stream 공정과 사전에 협의해 보면 사전에 어느 정도 예측할 수 있어 개발의 속도

와 원리를 정확히 알 수 있어 매우 좋은 방법이다. (Up-Down 스트림 연계 기술이 이러한 부

분이다)

정련 공정 등이 중요한 것은 정련 공정에서 사용한 조제들이 완벽하게 정련되지 않으면

Heat Setting을 하는 Tenter 공정에서 원단에 남아 있는 조제들이 열고착되어 방염성 평가시

난연성의 기능을 떨어뜨리는 요인이 되기 때문에 상세한 주의를 필요로 한다. 때로는 이러한

제품의 특성을 일반사와 같이 취급하여 앞공정과 후공정의 기술적 소통 부재로 소재의 제품

탓이라 생각하는 경유가 발생하기도 한다.

섬유정보팀

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난연 제품의 최종 원단에서의 신뢰성 평가 부분은 매우 중요하다. 따라서 국제적으로 용도

에 따라 요구하는 신뢰성 평가항목별로 해당 등급에 맞게 신뢰성 확보를 해야 한다. 신뢰성

평가는 일반적으로 염색물성 평고 세탁하는 의류가 많으므로 세탁견뢰도는 기본이고, 마찰견

뢰도, 승화견뢰도, 자외선에 대하는 견뢰도 등을 확보해야 한다. 난연 제품은 난연제가 안정성

이 높아 그림10.에서 보듯이 일반사와 큰 차이가 없다.

다음 표6.은 세계 공통적으로 사용되는 난연 인증 규격인데 가장 중요한 것은 폴리머 단계

에서 시편을 제조하여 LOI가 합격이 되고 후공정에서 조제 등의 문제가 발생치 않으면 국가

마다 인증서 요구나, 난연 평가 방법 등이 다를지라도 문제가 될 것이 없다. 다만, 요구하는

각 나라별로 판매하기 위해서는 요구하는 인증을 반드시 확보해야 하고, 판매를 하기 위해서

는 이에 따른 빠른 대응을 사전에 확보해 놓아야 한다. 또한, 유독성 가스의 정도를 보기 위해

연기밀도를 측정하여 유독성 가스의 종류 및 함량도 확보해 놓아야 한다.

4-6. 평가 부분

1) 국제 인증규격

Use Nation Standard Results

Wall&Build Material U.S CPA184 SEC.6 PASS

Curtain Draperies

U.S NFPA 701-2004 PASS

U.K BS 5867 TYPE B&C PASS

FRANCE NFP 92/503~505 M1 PASS

Upholstery U.K BS 5852 CRIP5PASS

Aircraft U.S FAR25.853 PASS

TrainU.S NFPA 130 PASS

U.K BS6863 ANNEX "B" PASS

Protective Clothes EUROPE EN532 INDEX "1"

Night Wear U.S 16 CFT1615/1616 PASS

표 6. 제품 및 국가별 난연 인증

Flammability Test Results

* M 1 : 유럽 주요 국가의 평가등급, 등급구분 : M0~M4 분류(단, M0 : 불연성 등급)

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2) 난연 평가 설비

그림 11. 난연 성능 평가 설비

그림 11의 난연성 성능 평가 설비는 뒤에서 상세히 설명할 것이므로 설비를 사진으로 나타

낸 부분이므로 참고하면 된다. (평가시 시험편 규격은 반드시 지켜야 하며 국내는 평가 공인기

관인 FITI 또는 KATRI 등에 설비가 구축되어 있다)

3) 난연 평가 방법

20

22

24

26

28

30

32

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

LOI

P 함량(wt%)

P 함량별 LOI

그림 12. P(인)함량에 따른 LOI의 상관관계

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그림 12에 나타낸 LOI 측정 그래프를 살펴보면 통상 인(P)성분이 없는 일반 폴리에스터도

LOI가 21~22 정도 된다. 위 그래프에서 보듯이 인(P)의 함량이 폴리머 내에 0.60 ~

0.65%(6,000 ~6,500ppm)가 되면 난연성능이 한계치에 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 그 이상

을 투입하게 되면 난연 성능은 우수해 지지 않으면서 제조원가가 상승되며, 색조(Color) 또한

급격히 나빠지므로 앞에서 언급한 바와 같이 0.5~0.6% 범위가 적당하며 국제적 인증을 받는데

문제가 되지 않는 범위에 있다는 것을 알 수 있다.

가) LOI 법

난연성 측정 방법은 LOI(Limiting Oxygen Index, 한계산소지수)법, 45도 경사법, Coil.법 ,

수직법 등이 있다. 그 중에서 LOI 법은 비교적 측정 방법이 단순하면서도 재현성 등이 우수

하고 수치화가 쉬워 섬유의 난연성을 비교하는데 가장 많이 사용된다.

LOI는 규격화 된 시료에 불을 붙이기 위해서 필요한 대기 중의 최소 산소함량(질소와 산소

비율)으로 나타내며, 아래 식에 나타냈다. LOI 값이28 이상이면 난연성이 있다고 판단한다.

대표적인 방법으로는 섬유자체가 필요한 산소의 분률을 의미하는 LOI와 고온에서 분해시켜

생기는 가연성 물질의 양을 표시하는 CR(Char Residue) 등이 주로 이용된다. 그 중 제일 많이

이용되는 기준이 LOI이며 같은 식으로 나타낸다.

LOI =VO 2

(VO 2+ VN2

)× 100

VO 2, VN2

는 각각 산소와 질소의 부피 분률로 나타내며 난연성은 전 세계적으로 통일되어

있다. LOI와 난연화 기준으로 이용되고 있는 CR(Char Residue)와의 관계는 Krevelen에 의해

다음의 식이 제안되어 사용되고 있다.

LOI × 100 = 17.5 + 0.4 × CR (CR : 850℃에서 남아 있는 잔류 Char의 중량%)

아래 그림9.는 P(인)함량에 따른 LOI값을 그래프로 나타낸 것으로서 인의 함량이 어느 정도

이상이 되면 난연 효과가 상승하지 않음을 알 수 있다. 범위를 벗어나면 품질이 나빠지고 원

가가 상승하는 요인이 있어 한계치 결정이 중요하다.

나) 45° 경사법

직물을 45° 경사 시험기에 걸어 놓고 불꽃이 전파되는 속도를 측정하는데, 측정 방법에는

불꽃 크기와 부탄가스 등을 규격화된 측정 방법이 있다. 이 방법은 국내는 KSK 방법으로 측

정하나, 국제적인 방법과 동일하다. 난연성능은 탄화면적, 잔진 시간, 잔염시간 등을 측정하여

합격 여부를 판정하는 시험방법이다.

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다)Coil법(원면제품)

일반적으로 원면(Staple Fiber)에서 사용하는 방법으로 45° 경사 시험기에 부속품만 바꾸어

10cm 되는 Coil에 Staple Fiber 를 채우고 불꽃으로 접염하여 3회 이상 10cm가 모두 연소될

때까지의 접염 횟수로 난연정도 및 합격여부를 판단한다.

통상적으로 3회 이상이면 합격으로 간주한다. 원면 외에도 직물을 10cm 규격에 의해 말아서

Coil에 넣어 똑같은 방법으로 측정하기도 한다.

라) 수직법

연소성 시험 KSK D5B5 수직법으로서 왼쪽은 시편이고, 오른쪽은 측정기기이다

수직법은 시험 규격에 의한 탄화된 거리로 합격 여부를 판정하는 시험방법이다.(국제적으로

규격화되어 많이 사용되는 측정법 중 하나이다)

합격 판단 기준은 수직법으로 시편을 걸어 놓고 규격화된 시험법에 의해 몇 cm를 탄화된

거리로 평가를 한다.

그림 13. 수직법의 샘플과 측정기기

* 시료 크기: 7×30cm

*불꽃높이를 38mm , 시료를 시험기 홀더에 장착

5. 맺음말

1) 난연사에 대해 정의 및 메카니즘, 난연제 종류, 개발의 중요성, 시장, 국내외 개발동향, 화

재사고의 유형, 공정별 기술 및 평가방법 등에 대한 여러 가지 분야별로 기술해 보았다. 난연

제품에 있어 이런 여러 가지 측면에서 기본적인 부분을 알아두는 것도 중요하다고 생각된다.

2) 난연 섬유소재를 이용한 제품에는 앞내용에서 언급한 의류, 인테리어, 대형건물 및 운송

용 외에도 부직포, 카펫, 가발 등 추가적인 염기성 난연, 소취, 항균 기능 등을 높여 사용처의

섬유정보팀

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패러다임이 바뀌는 시장에 맞추어 개발할 분야가 앞으로도 많이 있다. 아직도 난연 제품 내에

서 더욱 더 다양한 차별화 요구가 많으므로 이에 대해 Up-Down간 유기적 기술 연계를 통해

더욱 난연 제품의 다양한 개발이 필요하다. (예를 들면 원면 공정의 Short Cut Fiber 제품을

활용하여 Paper회사와 연계한 차별성 제품 개발하는 것도 파급 효과가 클 수 있다)

3) 난연 제품의 차별화 외에도 사용량이 꾸준히 늘고 있는 난연사와 슈퍼섬유 인 내열성 소

재(용도: 보호복, Back Filter 등)등의 융복합 기술로 다양한 용도 개발이 이루어지고 있지만,

더욱 더 상호간 기술을 보완하여 융,복합 기술 개발에 박차를 가할 필요가 있다.

아래 첨부한 지식재산권(특히 특허) 부분의 자료는 난연 제품에 있어 매우 중요하므로 산업

재산권 기술동향자료), 소재별 등록 건수, 제조 공정별 등록 건수, 각 소재별 특허 추이 등을

종합적으로 정리해 보았다.

■ 지식재산권 (첨부 자료)

▣ 산업재산권(특허)측면 기술 동향

좀 더 폭넓게 기술 동향을 살펴보면 1977년부터 1999년까지의 전세계 난연․방염성 섬유소

재 특허등록 건수는 총 3,162건이 출원되었다. 이 중 폴리에스터 등의 합성섬유가 총 1,087여

건으로 가강 많은 등록 건수를 기록하고 있으며, 천연섬유의 경우도 450여건이 등록건수를 보

이고 있다.

그 외의 각각의 합성섬유에 대한 특허 등록건수를 살펴보면 폴리아미드 섬유가 790건으로

두 번째 많은 등록건수를 기록하고 있으며 아크릴 섬유가 426건, 그 다음 폴리올레핀 섬유가

371건을 기록하고 있다.

섬유소재 PET Acryl Polyolefin Polyamide

등록건수 1,087 426 371 704

표 1. 합성섬유별 특허등록건수(1977-1999)

* 출처 : 일본 특허청 자료

각 공정별 적용 비중을 보면 다음과 같다. 단 아래 각각의 공정별 수치는 일부 복합공정을

적용한 경우 중복 체크한 것이다.

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공 정 폴리머 방사 제사 직포 후가공 제품 합계

등록건수 184 1,749 354 1,519 706 43 4,555

비율(%) 4 38.4 7.8 33.3 15.5 0.9 100

표 2. 각 공정별 적용 비율

* 출처 : 일본 특허청 자료

표 2에서 알 수 있는 것은 폴리머나 방사, 제사공정에서의 방염성부여 사례가 전체의 50%를

차지하고 있어 타 기능성 보다 다소 높은 것으로 나타났으나, 직포 과정이나 후가공 공정에서

의 난연성 부여 방법도 상당히 많은 건수를 기록하고 있다.

후공정의 적용기술 내용을 보면 고착개선(特開昭62-57984, 特開昭62-57985 등)에 의한 방법이

나 N-P의 상승작용을 이용하는 기술(特開昭63-309674 등) 등이 많았으며, 가공포의 색상 등 각

종 물리적 특성에 영향이 적은 고착법 개선 등에 의한 적용기술 특허(特開平3-97966, 特開平

3-113072 등) 등도 상당히 많은 것으로 나타났다.

한편 티탄과 지르코늄의 착화합물을 함유한 강산성욕에서 양모를 처리하고 양모의 반응기

(-NH3+, -COO-)에 화학 결합시키는 방법(特開平3-82876)등도 신규기술로 주목을 받았다.

천연섬유와 합성섬유의 각 소재별 특허상황을 기간별로 보면 다음 표 3과 같다.

섬유소재 77-87 합계 88-92 합계 93-99 합계77-99

전체 합계

천연섬

유

광물섬유 이외의 천연섬유 33 72 33 230

셀룰로오스계 29 52 31 184

셀룰로오스 에스테르/에테르 20 30 16 120

동물성섬유 1 19 1 33

케라틴섬유 또는 견 3 17 8 43

천연섬유 計 86 190 89 610

합성섬

유

광물섬유 이외의 합성섬유 114 202 135 693

폴리올레핀 13 53 28 137

폴리알켄 2 5 4 18

할로겐화 모노올레핀 1 6 5 21

아크릴로니트릴 3 25 13 57

불포화결합 이외의 반응으로 얻어진

중합체50 114 102 398

폴리에스터 34 69 75 270

폴리아미드 16 45 36 138

방향족 폴리아미드 4 18 16 55

탄소섬유 6 36 12 80

합성섬유 計 243 573 426 1,867

표 3. 각 섬유소재별 특허 추이

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역시 표3.에서 알 수 있는 것은 폴리에스터 등의 합성섬유 개발 사례가 압도적으로 많다. 한

편 난연․방염성 가공기술의 특성부여 화합물(특성부여 인자)의 특허등록 상황을 알아보면 역

시 무기물의 경우 산화물에 의한 방법과 인산염이나 규산염의 경우도 점차 그 적용 사례가 크

게 감소하고 있다는 것을 알 수 있다.