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난연성 경질우레탄폼의 화재 성능, 연기 발생 및 연소가스 분석(33)

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

 

        10% 브롬 난연제 테스트 경질우레탄폼에서 얻은 결과와는 달리, 화재 후 환경의 특성 조건에서 20% 인계 난연제 경질우레탄폼의 콘칼로리미터 테스트 중에 수집된 가스 샘플에서 확인된 방향족 화학 생성물은 극소수에 불과합니다. 이는 반응과 관련된 소량의 샘플로 인해 관심 가스의 낮은 농도를 초래한 결과일 수 있습니다. 또한 경질우레탄폼 표면에 형성되는 섬유질의 고도로 가교된 탄소질 숯 층의 존재 때문일 수 있습니다.

 

 

        인계 난연제 농도 수준을 10%에서 20%로 증가시킴으로써, 이 표면 숯 층의 두께도 증가하여 가스 생성물의 추가 방출을 방지합니다. 같은 이유로 팽창 흑연 난연제 농도를 20%로 높임으로써 가스가 측정되지 않는다는 것은 그리 놀라운 일이 아닙니다. 이는 효과적인 탄소질 표면 숯 층의 형성으로 인해 10% 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼의 테스트에서 측정된 가스가 매우 적은 상기 표[비난연 및 10% 난연 경질우레탄폼에 대한 환기가 잘되는 콘칼로리미터 테스트의 화학 제품(단계)]에 표신된 결과와 일치합니다.

 

        아래 그림은 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼의 표면 특성을 보여줍니다. 두 경우 모두 층은 가스 생성물이 화재로 방출되는 것을 크게 억제하거나 방지합니다.

 

[테스트 후 10% 20% 팽창 흑연 난연제의 잔류 숯 층]

    ⓑ 오염된 연기밀도 챔버 테스트 후 화재 유출물

 

        연기밀도 챔버 테스트에서 화염 연소로 특정지어지는 경질우레탄폼의 경우, 단계 환경에서 화재 유출 후 유출물을 수집합니다. 아래 표는 비난연 및 다른 난연 경질우레탄폼에서 측정된 가스 목록을 보여줍니다. 화재 환경이 다르기 때문에, 이것은 콘칼로리미터 시험에서 동일한 재료로부터 수집된 가스와 비교했을 때, 비난연, 10% 브롬 난연제 및 인계 난연제 경질우레탄폼에서 측정된 가스의 수와 성질에 차이가 있을 것으로 예상됩니다.

 

[환기가 안되는 연기밀도 챔버시험(단계)의 화염에서 10% 브롬 난연제 및

인계 난연제 경질우레탄폼의 화학 생성물]

        연기밀도 챔버의 폐쇄된 구획에서, 경질우레탄폼의 열분해 및 연소로 예상되는 저분자량 및 방향족 화합물의 전형적인 수가 모든 샘플에서 화재 후 가스 샘플에서 검출되었습니다. 가스는 20% 브롬 난연제 및 팽창 흑연 난연제로부터 수집되지 않았으며, 연기밀도 시험의 낮은 수준의 산소 특성에서 점화되지 않았지만, 계속 불완전연소되었습니다. 이는 시험 기간 동안 응축된 연료의 느리고, 저온, 화염 없는 연소 형태일 것입니다.

 

        아래 그림은 연기밀도 챔버에서 연기가 난 후 20% 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼의 숯 잔류물을 보여줍니다. 따라서 가스 생성물은 단계에서 수집된 생성물과 다르지 않을 것으로 가정합니다.

 

[연기밀도 챔버에서 연기가 난 후 20% 팽창 흑연 난연제

경질우레탄폼의 숯 잔류물]

 

4. 화재가스의 독성 및 건강 영향

 

    현재 연구에서 결정된 경질우레탄폼의 열분해 및 연소가스 생성물에 대한 정보는 화재위험 평가에 중요할 수 있습니다. 화재가스 분석에서 가스 생성물은 질식제와 자극제라는 두 가지 주요 제목으로 분류할 수 있습니다. 경질우레탄폼에서 생성된 화재 가스의 이전 측정에서 볼 수 있는 주요 질식 생성물은 CO, CO2, 낮은 O2 HCN입니다. 이러한 질식제는 상호작용하여 추가 영향을 생성하여 독성을 높일 수 있습니다.

 

    이 연구에서 다양한 연소 조건과 조성에서 확인된 자극제는 HCNSO2를 제외한 모든 할로겐화 화합물과 질소산화물(NOx)를 포함합니다. Miran 205B FTIR를 사용한 HCN의 양성 판정은 두 기체가 모두 그림과 같이 동일한 파장 범위 내에서 발생하기 때문에 CO2 간섭으로 인해 방해를 받았습니다. 그러나 TD-GC/MS에 의해 벤젠시안화물과 같은 화합물의 식별은 HCN의 존재를 나타낼 수 있습니다.

[흡착제 재료 및 샘플링 단계의 다중 층 배열]

    아래 표는 사망 또는 즉각적 또는 지연된 영구적인 건강 부작용을 유발는 수준의 공기 중 오염물질에 노출될 가능성이 높은 수준으로 미국국립산업안전 및 건강연구소가 정의한 IDLH 값과 비교한 일부 독성 화재가스의 측정된 데이터 또는 그러한 환경으로부터 탈출하는 것을 방지합니다.

 

[측정된 농도값 대 생명 및 건강에 즉각적인 위험 IDHL(생명과 건강에 즉각적인 위험)]

 

    하지만, CO는 화재 사망으로 이어지는 주요 독성가스로 확인되었지만, 현재 연구에서 각 경질우레탄폼에서 생성된 CO의 양은 실험실 조건에서 생성된 CO의 양이 실제 화재에서 생명에 심각한 위험을 초래하지 않을 수 있음을 시사합니다. 콘칼로리미터 테스트 결과가 전체 규모의 화재 테스트 데이터와 관련이 있다는 것이 입증되었기 때문입니다. 예를 들어, 아래 표는 20% 인계 난연제 샘플을 가열하는 동안 생성된 가스가 약 700ppmCO 피크값이 가장 높은 특성을 나타내지만, 이 값은 1200ppm IDLH 값과 비교할 때 낮습니다.

 

    모든 샘플에서 산소와 CO2 농도는 환기가 잘되는 환경의 화재 환경에서 인간의 생존 가능성에 문제가 되지 않는 것으로 보입니다. 그러나 10% 인계 난연제에서 약 70ppm의 최고 NO 농도가 생성되면 100ppm IDLH와 비교할 때 위협이 될 수 있습니다. 또한 20% 브롬 난연제, 10% 인계 난연제 및 20% 인계 난연제 샘플에서 각각 30, 20 24ppmNO2 피크값은 20ppm IDLH값과 비교할 때 이러한 농도에서 이러한 샘플을 태워서 NO2에 노출되면 치명적일 수 있음을 나타냅니다.

 

    화재가스에 대한 중요한 추가 정보는 콘칼로리미터 및 연기밀도 테스트 중에 방출되는 휘발성 유기화합물을 검사하여 얻을 수 있습니다. 비난연 및 난연 경질우레탄폼 샘플의 열분해 및 연소 중에 측정된 많은 화재가스는 발암성으로 알려져 있거나 합리적으로 의심됩니다. 이러한 가스는 아세트알데히드 및 아크릴로니트릴(2-프로페니트릴)과 같은 저분자량 탄화수소로부터 벤젠, 스티렌 및 아닐린과 같은 방향족을 거쳐 경질우레탄폼 생산시 이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트 제조에 사용되는 고분자량 화합물에 이르기까지 다양합니다.

 

    아세토니트릴과 벤젠시안화물과 같은 다른 화합물들은 시안화수소의 형성에 대한 주요 전구체로서, 이전에 문헌에서 보고되었지만, 본 연구에서 자체적으로 검출되지 않은 HCN과 다른 중요한 독성가스의 존재를 암시합니다. 주로 환기가 잘되지 않는 조건에서 생성된 또 다른 관심 화합물은 유럽화학기구에 매우 높은 관심의 물질로 나열된 고분자량 발암성 화합물인 3,3-diaminodiphenylmethane입니다.

 

    물론 테스트 가스에서 확인된 많은 탄화수소는 불완전하게 산화되어 발암성이 있을 수 있습니다. 측정된 농도는 산소, 온도 및 화학 성분의 가용성을 특징으로 하며, 노출 시간은 그러한 화합물의 치사율을 정의합니다.