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난연성 경질우레탄폼의 화재 성능, 연기 발생 및 연소가스 분석(34)

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

 

5. 총론

 

 

    화재가스의 특성화, 화재성능 및 연기발생 측정은 여러 실험기술을 사용하여 화재 및 비난연 경질우레탄폼의 열분해 및 연소 중에 이루어졌습니다. 그것은 다양한 화재 조건 하에서 화재 반응, 연기 및 가스 생성에 미치는 영향의 측면에서 상업용 경질우레탄폼의 배합에 대한 다양한 수준의 난연제 효과를 조사하기 위한 것입니다. 기본 경질우레탄폼에 난연제를 첨가하면 열방출율 감소 및 기타 화재위험 지수의 측면에서 테스트된 경질우레탄폼의 화재성능이 향상되지만 연기밀도가 증가하고 수 많은 추가 가스 생성물이 생성됩니다.

 

    적절한 기기를 통해 다양한 가스분석 방법을 사용함으로써 이러한 분석 기법의 독특한 조합이 개발되었습니다. 이로 인해 환기가 잘되고, 환기가 잘되지 않는 화재조건에서 열분해 및 연소로 인해 발생하는 많은 가스 생성물의 세부적인 특성이 분석되었습니다. 이러한 가스에는 일산화탄소, 이산화탄소, 벤질시안화물(시안화수소의 주요 전구체), 할로겐화 탄화수소 및 프로펜, 아세트알데히드, 아세톤, 알코올, 방향족 및 폴리실릭 방향족 탄화수소(PAHs)와 같은 많은 수의 유기 자극제가 포함됩니다.

 

    전반적으로, 연기밀도 챔버 시험 중에 발생하는 열분해 및 연소 생성물에 대한 검사가 분해의 분자 구조에 대한 더 많은 정보를 제공한다는 것으로 확인되었습니다. 이 정보는 실제 화재에서 분해되는 난연성 경질우레탄폼에 대한 열 효과를 이해하는 데 중요합니다. 확인된 종류의 정량화는 경질우레탄폼 및 아마도 다른 형태의 경질우레탄에 대한 보다 상세한 분해 및 연소 모델에 대한 추가 정보를 제공할 것입니다.

 

. 결론 및 향후 작업

 

     경질우레탄폼은 건물 건설, 운송 및 산업 분야에서 단열에 사용되는 중요한 재료이지만, 화재시 고유한 가연성으로 인해 안전 문제가 발생합니다. 경질우레탄폼에 난연제를 도입하면 재료의 인화성 및 가연성이 감소하지만, 연기 발생으로 잠재적인 해로운 증가를 일으키고 이것이 완료되면 화재가스 생성의 변화가 있습니다.

 

     이 실험에서 다양한 환기 조건에서 경질우레탄폼의 화재성능에 대한 3가지 다른 난연제(브롬화, 인계 및 팽창 흑연)의 영향이 연구되었으며, 일관된 기본 경질우레탄폼 배합에 적용했을 때 2가지 다른 농도의 난연제가 화재 반응, 연기 발생 및 화재가스 생성에 미치는 영향을 교차 조사했습니다. 이 단원에서는 현재 연구의 주요 공헌에 대한 요약이 포함되어 있으며 향후 연구를 위한 잠재적 영역을 참조하면서 화재 지연 및 비난연 경질우레탄폼의 화재성능, 연기 특성 및 가스 생성과 관련된 주요 결과를 강조합니다.

 

1. 연구 기여

 

    난연 경질우레탄폼의 화재 성능에 대한 이전의 연구는 주로 화재성능 시험기간 전체에 걸쳐 평균적으로 열분해 및 연소 생성물의 식별에 초점을 맞추고 있습니다. 대조적으로 이 연구는 다양한 환기 조건에서 화재 발생의 3가지 특징적 단계(열분해, 꾸준한 연소 및 화재 후)에서 측정한 측정을 통해 다양한 수준의 난연제를 가진 경질우레탄폼에서 생성된 주요 화재가스를 확인합니다. 또한 이 연구는 경질우레탄폼의 열분해 및 연소 중에 발생하는 휘발성 유기화합물을 식별하기 위한 테스트 전반에 걸쳐 일관된 데이터를 얻는데 필요한 적절한 가스 샘플링 및 분석 방법의 개발을 진행합니다.

 

    또한 이 연구는 난연성 경질우레탄폼에서 발생하는 화재, 난연제 및 폴리이소/연소가스 간의 상호작용에 대한 이해를 크게 향상시켰습니다. 그러나 테스트된 난연 우레탄폼의 시험 결과에서 상당한 변화가 관찰되는 인계 난연 경질우레탄폼에서는 화재성능 특성을 사용하는 데 극도의 주의를 기울여야합니다.

 

2. 결과

 

 1) 다양한 화재 조건에서 난연 및 화재성능 특성

 

   ① 이 연구를 통해, 콘칼로리미터와 연기밀도 챔버 테스트를 통해 환기가 잘되고, 환기가 잘되지 않는 화재조건을 시험할 수 있다는 것이 확인되었습니다. 결과적으로 보완 시험을 위한 두 가지 방법을 모두 사용하면 실제 화재 상황에서 난연성 경질우레탄폼에 의해 발생할 수 있는 열산화 분해 및 연소 생성물을 더 잘 이해하게 됩니다.

 

   ② 화재 환경은, 환기가 잘되는 환기가 잘 안되는 조건이든, 난연제가 있든 없든 간에, 경질우레탄폼의 연소 특성을 크게 변화시켜 지방족 및 방향족 생성물의 수 많은 가스의 생성을 초래합니다.

 

   ③ 기본 경질우레탄폼에 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제를 추가하면 비난연 경질우레탄폼과 비교할 때, 잔류 숯이 증가하는데 이는 이들 경질우레탄폼의 난연작용에 대한 개선의 증거입니다. 현재의 경질우레탄폼에 20% 팽창 흑연 난연제를 첨가하는 것은 열방출율, 총열방출, CO 생성 및 연기독성지수 측면에서 시험된 다른 경질우레탄폼과 비교할 때 가장 좋은 전반적인 결과를 제공합니다. 20% 팽창 흑연 난연제의 연소면에 형성된 탄소층의 팽창은 가연성 생성물에 큰 영향을 미칩니다.

 

   ④ 20% 인계 난연제의 연기독성지수(CO/CO2 중량비)의 증가는 연소의 완정성이 떨어지는 직접적인 반영이며, 연소물로의 산소 확산을 제한하는 숯 층의 물리적 장벽 영향 때문입니다. 불완전한 연소생성물로 인한 CO2 생성량 감소 및 CO 생성 증가는 연기독성지수를 증가시킵니다.

 

 2) 다양한 화재 조건에서 난연 및 연기발생

 

   ① 브롬 난연제 및 인계 난연제를 추가하면, 특히 유리(원소가 화합하지 않고 단량체로 존재하는 상태)된 분위기에서는 경질우레탄폼의 전체 연기밀도를 증가시킵니다. 환기가 잘되는 조건과 유리(원소가 화합하지 않고 단량체로 존재하는 상태)된 조건 모두에서 화염 연소로 고려되는 모든 난연 생성물 중에서 인계 난연 경질우레탄폼은 모든 수준의 난연제에서 다른 난연 경질우레탄폼보다 더 많은 연기를 발생시키고 향상된 그을음 형성을 보여줍니다. 불연성 연소 상태의 재료인 경우 20% 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼은 가장 적은 양의 연기를 생성하는 반면 10% 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼은 비슷한 양의 연기를 생성합니다.

 

   ② 연기밀도 챔버 테스트에서 동일한 경질우레탄폼 배합의 샘플이 서로 다른 연소 조건(화염 및 비화염)에 노출되어 다른 양의 연기를 생성한다는 징후가 있습니다. 이 연구에서는 예상되는 것처럼 화염 상태보다 비화염 상태에서 더 많은 연기가 생성됩니다.

 

 3) 다양한 화재 조건에서 생성되는 난연 및 화재가스

 

   ① 경질우레탄폼에 난연제를 추가하면 콘칼로리미터 및 연기밀도 챔버 시험에서 환기 및 유리 환경(원소가 화합하지 않고 단량체로 존재하는 상태)에서 발생하는 가스의 특성에 영향을 미치며, 열분해 및 연소 과정에서 서로 다른 난연구조와 반응 방법에 영향을 강조합니다. 환기가 잘되는 환경에서 수행된 테스트는 높은 산소 수준과 상대적으로 낮은 온도 분해(사전 점화)와 일치하는 가스와 고온 탄화수소 연소(화염) 생성물을 가진 낮은 산소 농도를 특징지어지며, 생성물의 정확한 성질은 사용된 난연제에 의해 변경됩니다.

 

   ② 연기밀도 챔버의 유리된 환경(원소가 화합하지 않고 단량체로 존재하는 상태)에서 테스트는 불완전한 연소 및 그을음 형성으로 예상되는 것을 연상시키는 많은 분자량 방향족 화합물을 유도합니다. 비난연 및 난연 경질우레탄폼의 연소는 다양한 화재 환경에서 수 많은 가스 생성물을 생성할 수 있습니다. 연기밀도 챔버에서 생성된 열분해 및 연소생성물의 검사는 분해의 분자구조에 대한 더 많은 정보를 제공합니다. 이 정보는 실제 화재에서 분해되는 물질에 대한 열 효과를 이해하는 데 중요합니다.

 

   ③ 불완전 연소의 지표로서 CO의 생성과는 별도로, 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제 배합 모두에서 검출된 총 미연소 탄화수소(THC)의 농도가 높고 TD-GC/MS를 사용하여 확인된 유기화합물의 특성과 결합하면, 그러한 경질우레탄폼에서 연소가 불완전하다는 것을 강하게 암시합니다.

 

   ④ 다양한 조건에서 일련의 심험에 제출함으로써 다른 경질우레탄폼의 화재가스 특성을 예측함으로써 팽창 흑연 난연제로 처리했을 때, 향상된 화재 특성으로 향상된 화재성능을 보인다고 할 수 있습니다. 이 연구는 다른 화재조건(온도, 산소 가용성 및 환기)에서 기본 경질우레탄폼 배합에 난연제의 다른 농도가 추가되어 열분해 및 연소 생성물 조성의 차이를 강조합니다. 화재상황 및 난연 방법에 따라 난연제는 동일한 기본 경질우레탄폼에서 매우 다른 양의 CO, CO2 및 기타 주요 연소생성물을 생성할 수 있습니다.

 

 4) 가스측정 및 기법

 

   ① 가스분석을 위해, 다양한 실제 화재상황에서 가능한 재료 반응에 대한 새로운 정보는 콘칼로리미터(환기가 잘됨) 및 연기밀도(정화) 화재시험 테스트를 사용하여 실현 가능합니다. 이 연구에서 흡착제 튜브를 사용한 샘플링 접근방식은 보완적인 것으로 입증되었으며, 광범위한 휘발성 유기화합물을 검출하는 능력을 극대화하는 데 도움이됩니다. 단일 접근방식이 모든 요구사항을 충족할 수 없으므로 다양한 기술이 발전하고 있습니다. 이러한 분석 기술의 고유한 조합은 경질우레탄폼의 열분해 및 연소 과정을 이해하기 시작하는 데 유용한 방법임이 입증되었습니다.

 

   ② 열탈착 가스 크로마토그래피 질량 분석법(TD-GC/MS)은 난연 경질우레탄폼의 열분해 및 연소로부터 생성된 휘발성 유기화합물의 분석 및 검증과 표준화를 위해 충분히 개발되었습니다. 열산화 분해 및 연소에 적용되는 TD-GC/MS의 조합은 생성된 가스의 수집을 위한 FTIR의 사용과 용매 추출의 대안으로 작용하는 화재시험에서 가스 생성물의 모호하지 않은 식별을 위한 보완적인 분석기법 조합의 가능성을 보여주는 좋은 예입니다.

 

3. 향후 연구를 위한 권사항

 

   ① 현재 연구의 심층 분석에서는 추가적인 화학적 분석과 정량화와 함께 이 연구에서 채택된 접근법을 이용한 추가적인 시험과 함께 다양한 화재 상황에서 비난연 경질우레탄폼과 난연 경질우레탄폼에서 발생하는 분해 방법과 연소 과정에 대한 이해를 향상시키는 데 기여해야합니다.

 

   ② 이 연구의 결과와 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제 샘플에 대해 보이는 결과는 농도에 따라 달라질 수 있다는 사실을 바탕으로 15% 난연제에 대한 연구를 하는 것이 좋습니다. 이러한 연구는 다양한 난연제의 화재 반응 및 영향에 대한 더 나은 그림과 일반적인 전망을 제공할 것으로 예상됩니다.

 

   ③ 또한 O2, CO, CO2 및 미연소 탄화수소 농도를 실시간으로 측정하는 Novatech 695 가스분석도 연기밀도 챔버와 연계하여 산소 제한 환경에서 다른 가스 생성물을 더 평가하는 것이 좋습니다. 이는 이 연구에서 유리 환경(원소가 화합하지 않고 단량체로 존재하는 상태)에서 측정을 위한 한 단계 더 나아가 열산화 및 연소생성물의 시간 이력에 대한 이해를 높일 것입니다.

[준불연 경질우레탄폼 생산]