경질 우레탄 폼의 화재안전
일본 우레탄산업연구소(JUII, Japan Urethane Industries Institute)에서 발행한 경질 우레탄 폼의 화재안전에 대한 내용입니다.
출처: http://www.urethane-jp.org/topics/doc/gaibukoukai_leaf_english2.pdf
1. 최근 화재 경향
최근 화재 및 재난관리 백서에 따르면, 최근 몇 년 동안에 노인과 유아의 화재 사망자 수가 증가하고 있다고 합니다. 이들의 운명은 화재를 인식한 후 피난 행동에 대한 신체 활동에 의해 심각하게 영향을 받는 것으로 추정됩니다. 거주지에서 화재 사망자 수의 약 60%는 65세 이상의 고령자입니다. 사회가 고령화됨에 따라 거주지 화재로 인한 사망자가 증가할 것이라는 우려가 있습니다.
화재로 사망하는 과정에서 탈출의 지연으로 사망하는 경우는 약 60%에 이르며, 탈출구의 중요함을 깨달았을 때는 이미 화재와 연기에 둘러 싸여 도망갈 수 있는 길이 없는 경우가 많았습니다. 이것은 화재 예방과 화재 초기 단계에 소화 대책의 중요성을 보여줍니다.
화재로 인한 사망 원인은 주로 일산화탄소에 의한 중독 및 질식,다음은 화상에 의한 사망이 대부분입니다.
[2006년 화재로 인한 사망자 수]
현대 건물에는 많은 고분자 재료가 사용되며, 일산화탄소 이외의 유해한 가스는 화재로 발생하는 것으로 보고됩니다. 일산화탄소와 각종 물질에서 생성된 기타 유해 가스는 화재 초기단계에 대피 행동을 방해하는 것으로 추정됩니다. 물질로부터 발생된 연소 생성물의 양은 물질의 종류와 연소 조건에 따라 달라집니다.
2. 폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 폼의 가연성
폴리우레탄 폼은 가구 및 침구류에 매트리스와 베개, 스폰지 및 건물에 단열재, 구조재 그리고 냉장고 등에 사용됩니다. 최근에는 뉴스에 가끔 유해 가스인 시안화수소가 주거지 화재의 폴리우레탄 폼에서 발생하고, 마치 사망자가 폴리우레탄 폼 때문인 것처럼 기사가 보도되기도 합니다. 그러나 화재로 인해 여러 가지 다 른 유해 가스가 발생하며, 특히 일산화탄소는 목재, 직물 및 플라스틱 물질과 같은 모든 가연성 물질의 불 완전 연소에 의해 주로 발생합니다.
폴리우레탄 폼은 화재 발생시 시안화수소가 발생하지 않습니다. 시안화수소는 실제로 독성이 매우 강하지만 어떤 종류의 유해 가스가 실제 화재에서 발생하는지는 분명하지 않습니다. 화재를 가정한 연소 시험에서 생활 공간에 존재하는 다른 물질과 비교하여 폴리우레탄 폼의 연소 가스에 함유된 시안화수소가 피난 행동에 미치는 영향에 관한 연구가 시행되었습니다.
“가스 위험성 평가”는 일본 건축법의 방화 재료에 대한 내화성능시험, 열 상승 시험 등으로 시행됩니다. “가스 위험성 평가”는 건축법 시행령 제108-2조의 “피난시 유해한 연기 및 가스를 발생시키지 않는 경우”에 대한 요구 사항을 평가하기 위한 것으로 화재시 피난 유도에 대한 복합 연소 가스에 대한 영향을 판단하는 것입니다.
일본 우레탄산업연구소(JUII, Japan Urethane Industries Institute)에서 정한 평가에서, 일반적으로 사용되는 폴리우레탄 폼은 표준 물질인 적색 나왕(Red lauan)보다 더 오랜 시간을 주어 시안화수소를 생성 하더라도 평가 요구사항을 충족시킵니다. 그 결과, 폴리우레탄 폼은 장시간 광범위하게 사용되는 건축 자재인 목재와 주거 공간에 존재하는 다른 소재와 비교해 볼 때, 피난 조치를 현저하게 방해하는 제품이 아니라는 것이 확 인되었습니다.
3. 폴리우레탄 및 이소시아누레이트 폼의 가연성 시험
모든 화재는 가연성 물질의 양과 건물과 관련된 구조 등이 각기 다른 상황이기 때문에 실제 화재에서 어떤 종류의 위험한 가스가 얼마나 많이 발생하는지 명확하게 알 수는 없습니다. 또한 연소 행동은 너무 복잡해 서 화재에서 발생하는 연소 가스의 성분을 식별하기 어렵습니다.
일반적으로 연소 가스 독성에 대한 두 가지 평가 방법이 있습니다.
1) 쥐와 같은 동물이 해당 가스에 직접 노출시키는 동물 실험
2) 분해된 물질 및 연소 생성물의 양을 분석한 후, 문헌에 보고된 독성학 자료와 비교하여 평가하는 방법
이 보고서에 소개된 마우스 “가스 위험성 평가”는 위에서 평가한 1)에 분류되는 방법입니다.
화재시 발생되는 유해 가스는 인간과 가장 가까운 유기체에서 얻은 복합 연소가스 정보로 평가하는 것이 가장 바람직하다고 간주됩니다. 일본에서 마우스를 이용한 “가스 위험 평가”는 위험 성분을 확인하고 가스 분석 결과에 따른 독성 평가의 타당성을 검증하기 위해 적용됩니다.
열 축적 이외의 요구 조건을 만족하는 재료와 내화성능 시험에 의한 “가스 위험성 평가”는 일본 건축법에 의한 방화 재료의 품질 요건을 만족시키는 것으로 간주되며, 피난 활동을 방해하는 제품은 거의 만들지 않 습니다. 많은 폴리우레탄 제품(주로 폴리이소시아누레이트 제품)은 화재 예방 물질로 승인되었습니다.
다음은 일본 우레탄산업연구소(JUII, Japan Urethane Industries Institute)에서 시행한 “가스 독성 평가”가 적용된 폴리우레탄 폼 및 기타 재료에 대해 다음과 같이 확인되었습니다.
① 모든 폴리우레탄 폼(연질 폴리우레탄 폼, 경질 폴리우레탄 폼 및 폴리이소시아누레이트 폼) 테스트에서 “가스 독성 평가”
② 폴리우레탄 폼은 연소시 시안화수소를 방출합니다. 하지만 폴리우레탄 폼뿐만 아니라 모직 단열재 및 표면 장식용 목재 건축 자재 등 질소를 포함하는 모든 고분자 재료에서도 발생됩니다. 시안화수소의 생성 은 폴리우레탄 폼에 국한되지 않습니다.
③ 폴리우레탄 폼이 연소시 발생하는 시안화수소의 농도는 일반적으로 주거 공간에 있는 표면 장식 목재 건축 자재 및 양털(의류 등)의 농도보다 낮습니다.
④ 시안화수소의 농도는 무력화 시간과 크게 상관이 없는 것으로 여겨집니다.
[마우스 무력화 시간]
⑤ 일산화탄소의 농도는 무력화 시기와 분명히 관련이 있습니다. 일산화탄소의 농도가 높을 경우 값이 낮게 표시됩니다.
[가스 위험 평가 결과]
⑥ 화재시 다양한 연소 물질 중 시안화수소를 제외한 일산화탄소가 지배적인 복합 연소 가스의 위험성에 대해 논의가 필요합니다. 이는 적은 양의 시안화수소를 방출하는 폴리에스테르 직물과 폴리프로필렌 섬유가 폴리우레탄 폼의 무능력과 비슷한 수준의 시간을 보임을 알 수 있습니다.
폴리우레탄 폼뿐만 아니라 유기 재료도 가연성입니다. 연소하는 동안 화학적으로 질산화 가스를 일산화탄소로 방출하고 알데히드와 염화수소 같은 자극성 가스를 방출하며, 이산화탄소의 증가와 산소의 손실로 인해 산소 부족이 발생합니다. 우리는 나무와 직물 같은 가연성 물질로 둘러싸여 살며, 그 기능을 잘 활용합니다.
우리는 일상생활에서 이러한 가연성 물질을 제거하지 못한다고 해도 과언은 아닙니다. 따라서 화재가 이러한 가연성 물질로 확장되기 전에 화재 초기에 빠르게 진화하거나 안전하게 대피하는 것 이 중요합니다. 목조 건축 자재는 주택의 건축과 외장재뿐만 아니라 인테리어, 가구 및 장식 없이 비품에도 널리 사용되고 있습니다. 반면, 폴리우레탄 폼은 내 외장재가 없이 거의 사용되지 않지만, 높은 방화 성능을 가진 내부 재료로 표면재와 함께 사용됩니다.
이들 재료는 실제 적용에서 연소 가스의 위험이 낮은 것으로 간주됩니다. 다른 플라스틱과 같은 폴리우레탄 제품은 스스로 발화하지는 않지만, 화기 가까운 곳에서 발화합니다. 화재가 발생하면 다른 유기 물질처럼 연소가 확장될 위험이 있으므로 화기를 멀리하는 것이 중요합니다.
4. 결론
일본 우레탄산업연구소(JUII, Japan Urethane Industries Institute)는 기술 향상과 가연성이 낮은 제품 개발을 지속적으로 추진하여 폴리우레탄 폼의 연소 안전성에 대한 잘못된 이해를 없애기 위해 지속적으로 교육 활동을 펼치고 있습니다. JUII는 아래의 교육 활동에도 참여하고 있습니다.
① 폴리우레탄 원자재와 발포 제품을 적절한 보관 환경과 온도에서 보관
② 취급 설명서 및 취급 표준 준수
③ 화재 예방을 위한 적절한 보호장치, 화재 금지에 대한 통지 및 소화기 배치
④ 화재 취급에 대한 철저한 관찰(처리 매뉴얼 확인 및 개정)
⑤ 물질안전보건자료(MSDS) 이해
⑥ 폴리우레탄 가공 현장 이해
⑦ 원재료 및 폴리우레탄 폼 폐기물 폐액의 적절한 처분