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난연성 경질우레탄폼의 화재 성능, 연기 발생 및 연소가스 분석(7)

출처: https:tk//uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/8455/Adeosun_David.PDF.pdf?%09sequence=5

 

       Woolley와 연구진들이 수행한 다른 연구에서, 유기 인산 화합물을 포함한 경질우레탄폼의 열분해는 반응로에서 200~1000의 온도 범위에서 원소 분석과 가스 크로마토그래피를 이용하여 공기와 질소 모두에서 연구되었습니다. 일반적인 분해 원리는 폴리올 함량의 일부를 우선적으로 방출한 다음 입자 물질을 방출하기 위해 중합체 구조의 명확하고 균일한 단편화를 수반하는 것으로 밝혀졌습니다. 이 미립자 물질(연기)은 최대 600온도에서 노(furnace) 구역에서 휘발되는 것으로 보이지만 700이상에서 분해되어 연질 우레탄폼의 분해시 관찰되는 저분자 무게(시안화수소, 아세코니트릴, 아크릴로니트릴, 피리딘 및 벤조니트릴)의 전형적인 질소 함유 제품을 생성합니다.

 

 

       일반적으로, 난연성 및 비난연성 경질우레탄폼 생성물의 열산화 분해 및 연소 동안 이전에 관찰된 1차 휘발성 유기화합물(VOC)은 프로펜, 아세트알데히드, 아세톤, 아세코니트릴, 벤조니트릴, 2-에틸헥산올, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌, 벤조푸란 등이 포함됩니다. 이 생성물의 생성은 상기에서 강조한 바와 같이 긴 경질우레탄폼 체인을 이산화탄소, 올레핀 및 아민으로 분리하는 것과 같은 단계를 포함하는 경질우레탄폼의 일반적인 분해 원리에 의해 지원됩니다. 경질우레탄폼의 열분해 또는 연소 동안 디아미노디페닐메탄의 존재는 디아미노디페닐메탄이 이소시아네이트 및 폴리 이소시아네이트의 제조에 사용되기 때문에, MDI 기반의 경질우레탄폼 배합의 생산에 있어 핵심 성분입니다.

 

       산소 농도가 비교적 높은 환기가 잘되는 조건에서는 반응 온도는 상당히 낮은(250~300사이)데 반해, 우레탄 기반 폼의 많은 성분은 발생된 가스의 구성으로부터 식별될 수 있으며, 선택된 성분의 생성 형상은 중합체의 구조와 관련될 수 있습니다. Paabo 등은 경질우레탄폼의 열분해 및 연소로 발생된 가스 생성물에 대한 평가에서 산소 수준이 상대적으로 높고(>16%) 열량이 낮은(25kW/m²) 화재 초기 단계를 나타내는 비화염 산성화 열분해와 유사한 조건에서 경질 폼에 대해 수행한 소규모 테스트를 실시했습니다.

 

       이러한 조건에서 휘발성 제품 형상이 매우 복잡하고 탄화수소, 알데히드, 케톤, 질소 함유 화합물과 같은 화학물질을 함유하고 있음을 관찰했습니다. 분해 과정은 연료 증기의 인화성 한계와 자동 점화 온도에 도달할 때까지 물질로부터 연기 및 잠재적 가연 휘발성의 지속적인 발생을 유도함을 시사합니다. 휘발성 화합물의 양과 유형은 특정 국소 주변 및 화학적 조건에 의존하지만 성분은 일반적으로 부분 분해된 유기 분자가 풍부하며, 이들 중 다수는 자극제일 수 있고 일산화탄소와 연기 미립자일 수 있습니다.

 

       아래의 표는 공기 중 경질우레탄의 열분해 연구에서 확인된 열분해 산물을 정리한 것입니다. 이 검토 논문은 적외선 분광기(IR), 핵자기공명(NMR) GC/MS 등의 다양한 분석 기법에 의해 확인된 휘발성 가스를 가진 튜브 로 및 유리 반응 용기에서 220~750의 넓은 온도 범위에서 수행된 다양한 연구 결과를 취합한 것입니다. 이들 생성물의 구성은 폼의 조기 배합 및 온도, 산소 가용성, 환기 및 난연제의 성질과 같은 열분해 조건에 크게 좌우됩니다.

 

       모든 경우에, 열분해된 기체 생성물은 화재의 초기 단계에서 볼 수 있는 것과 같은 높은 CO 생성 및 재료의 비효율적 산화로 인해 매우 복잡합니다. 이러한 연구를 통해, 중합체 특히 우레탄폼의 열분해는 중합체의 종류, 대기, 가열율, 산소 농도, 생성에 사용되는 촉매, 난연제 및 다른 매개 변수에 의존하는 것으로 밝혀졌습니다.

 

[산화 대기에서 경질우레탄폼으로 생성된 열분해 제품]

 

       그러나 화재 발생시 이 단계에서 경질우레탄폼에서 발생하는 특정 유독 가스에 대한 정보는 빈약하여, 일부 경우에 잘 문서화되지 않습니다. 복잡한 상호 작용에 대한 더 나은 이해를 위해서는 현재 연구에서 제안된 다양한 화재 조건에서 일반적으로 사용되는 다양한 수준의 난연제를 사용한 단일 베이스 폼 배합의 분해 거동에 대한 체계적인 연구가 필요합니다.

 

       열분해 동안 발생된 가스에 대한 보다 상세한 조사는 이러한 폼의 화재 성장이 지연되어 화재 초기 동안에 생성된 연기에서 분해 생성물의 농도가 증가할 수 있기 때문에 난연폼의 경우 특히 중요합니다. 이러한 데이터는 또한 각 주요 난연제의 다른 양을 포함하는 폼에 의해 수행되는 열분해 경로에 대한 향상된 이해를 통해 새로운 난연폼 배합의 설계 및 최적화를 도울 수 있습니다. 이것은 현재의 연구에 큰 토점을 형성할 것입니다.

[참고] 준불연 경질우레탄폼단열재 간이 화재시험

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