출처: https:tk//uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/8455/Adeosun_David.PDF.pdf?%09sequence=5
7) 휘발성 유기화합물(VOCs)
위에서 논의한 화재성능 결과에서, 경질우레탄폼의 열방출율 특성이 바뀌었고 실제로 다른 난연제를 추가하여 개선된 것처럼 보였습니다. 동시에 특히 20% 브롬 난연제 및 인계 난연제의 경우 연기 발생량이 크게 증가했습니다. 비난연 및 난연 경질우레탄폼을 테스트하는 초기 단계에서 측정된 다른 화재성능 특성, 주요 화재가스 농도 및 미연소 총 탄화수소 농도에서 표시되지만 일관성된 차이가 관찰됩니다. 연구의 다음 단계에서는 각 개별 난연제가 기본 경질우레탄폼의 분해 및 연소 중에 어떻게 작용하는지 더 자세히 추론하기 위해 테스트 중에 각 경질우레탄폼에서 생성되는 가스의 특성을 자세히 조사하는 것이 흥미로웠습니다.
이것을 위해 다른 재료에서 방출되는 휘발성 유기화합물의 생성은 환기가 잘되는 콘칼로리미터와 환기가 잘되지 않는 연기밀도 챔버 테스트 동안 특정 흡착제 물질에 대한 샘플 가스를 수집하여 연구되었습니다. 가스 샘플은 그림에서 표시된 세 단계에서 GC-MS 샘플링방법을 사용하여 수집되었습니다. 단계Ⅰ은 산화 열분해를 나타내고, 단계Ⅱ는 완전히 발달된 화재를 나타내며, 단계Ⅲ은 화재 후 상황을 나타냅니다. 모든 샘플의 분석은 열탈착 가스크로마토 그래피 및 질량분석(TD-GC/MS)의 결합된 분석 기술을 사용하여 실험실에서 수행되었습니다. 결과는 이 단원의 기초를 형성합니다.
[비난연 경질우레탄폼에 대한 열방출율 및 산소 농도 대 시간곡선]
비난연 및 난연 경질우레탄폼의 주요 분해 및 연소 생성물은 테스트의 각 단계에서 GC/MS에 의해 확인되었으며, 특히 40amu~300amu에서 질량검사 범위에서 감지할 수 있는 휘발성 유기화합물에 초점을 맞추었습니다. 불안정하고 반응성이 있는 화합물과 질량이 이 범위를 벗어난 화합물은 검출되지 않았습니다. 여기서 논의할 목적으로 확인된 주요 화합물은 지방족 탄화수소, 케톤, 알데히드, 알코올, 질소함유 화합물, 할로겐화(브롬화) 화합물, 방향족 탄화수소 및 유기산을 포함하여 분자구조에 따라 그룹으로 분류되었습니다.
4. 화재발생 단계 (1) 1단계: 열산화 열분해 단원에서 분해 경로에 영향을 미치는 다양한 대기 및 온도에서 경질우레탄폼의 일반적인 분해 과정이 논의되었습니다. 이것들은 화재성능 테스트 중에 형성되는 가스 제품의 특성을 다른 정도까지 결정합니다. 그러나 이러한 단계는 지속적인 가열 하에서 불활성 대기에서 순수 경질우레탄폼의 분리 기본 방법을 기술할 수 있으며, 점화 전에, 난연 첨가제, 샘플의 국부 산소 농도, 경질우레탄폼의 점화 및 연소 및 결과 온도 이력은 실제 화재뿐만 아니라 여기서 수행된 시험에서 생성된 가스의 양 및 구성에 상당한 변화를 초래합니다.
이러한 영향에 대한 자세한 조사는 비난연 기본 경질우레탄폼의 콘칼로리미터(환기가 잘됨) 및 연기밀도(환기가 잘안됨) 테스트에서 발생하는 대표적인 가스와 각 난연제의 10%와 20% 농도를 확인하여 비교하는 연구의 주요 부분을 구성합니다. 샘플링은 초기 열분해 제품을 포착하기 위해, 점화 전 단계Ⅰ에서 가스를 수집하도록 시간을 정했으며, 단계Ⅱ에서 각 물질의 화염연소 중에 발생할 수 있는 생성물을 포착하기 위해 열방출율을 정점으로 하고, 단계Ⅲ에서는 화재 후 유출물을 대표하는 제품을 포착하기 위해 연소가 끝날 무렵이었습니다.
이전 결과는 우레탄 그룹의 거의 동시 분해와 폴리에스테르수지 및 지방족 산소화 작용기의 분해에 의해 형성되는 지방족 탄화수소, 특히 프로펜이 중합체 구조의 열분해 및 연소 중에 가장 먼저 진화한다는 것을 나타냅니다. 관찰된 주요 질소 함유 생성물은 니트릴과 아민이었습니다. 아세트알데히드, 아세톤, 아세토 니트릴, 벤조 니트릴, 2-에틸 헥산올, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스틸렌 및 벤조 푸란과 같은 다른 가스도 이전 연구에서 확인되었습니다. 이것들은 다음 단원에서 차례로 논의되는 결과의 비교 및 해석을 위한 기초로 사용될 것입니다.
① 단계Ⅰ: 열분해 제품
발화 전 화재 초기에 GC/MC로 확인된 주요 분해 생성물의 결과(단계Ⅰ), 비난연과 10% 난연제의 환기가 잘되는 콘칼로리미터 시험 환경에서는 아래 표에 요약되어 있습니다. 비난연 샘플의 초기 분해 동안 생성되는 기체 종류에는 프로펜, 아세트알데히드, 아세톤, 아세토니트릴, 2-프로페니트릴 및 질소 함유 방향족 화합물(벤조니트릴 및 아닐린), 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔, 스티렌, 리모넨, 페닐에틴) 및 인덴과 같은 융합 방향족 성분과 같은 저분자 탄화수소를 포함합니다.
이러한 가스는 쉽게 사용할 수 있는 공기(산소) 및 저온 조건에서 폴리우레탄폼 및 기타 탄화수소 연료의 산화 분해에서 예상되는 가스의 전형입니다. 프로핀(올레핀)과 아민의 존재는 (1)Ⅰ단계: 열산화 열분해 단원의 방정식(5)에 묘사된 분리 단계를 지원하며, 니트릴 및 아민과 같은 모든 질소 함유 종류는 MDI 기반 이소시아네이트 성분으로부터 나왔을 수 있습니다.
[비난연 및 10% 난연 샘플에 대한 환기가 잘되는 콘칼로리미터 테스트의 열산화 제품(Ⅰ단계)]
브롬 난연제 경질우레탄폼에서 생성된 가스는 아세토 니트릴, 2-프로페니트릴 및 벤조니트릴과 같은 니트릴을 제외하고는 비난연 경질우레탄폼에 대해 확인된 가스와 매우 유사합니다. 두 경질우레탄폼 모두에서 확인된 저분자량 직선 탄화수소 가스는 초기 가열 중 폼이 작은 사슬 유기 증기로 되었음을 나타냅니다. 비난연 및 난연 경질우레탄폼의 가열 중에 발생하는 가스와는 달리, 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제 경질우레탄폼을 가열하는 동안 생성된 가스에 경량 직선 체인 탄화수소가 없는 것은 경질우레탄폼의 초기 열분해와 일치하지 않는 것으로 보입니다.
그러나 이것은 콘칼로리미터 배기 흐름의 환기가 잘되고 희석된 조건에서 매우 낮은 농도로만 존재하는 경우 가스가 검출되지 않을 수 있다는 사실에 의해 설명될 수 있습니다. 브롬 난연제 샘플에서 생성된 가스에 브롬화 화학 종류가 없는 것은 제품 가스의 유사한 희석의 결과일 수 있습니다.
팽창 흑연 난연제 및 인계 난연 경질우레탄폼로부터 생성된 가스에서 확인된 방향족 아민, 페닐 에틴 및 1,2-벤젠디카르복실산과 같은 더 높은 분자량 화합물과 일반적인 방향족은 예상 초기 열분해 생성물과 일치합니다. 낮은 분자량 가스의 부재와 함께, 또한 분자 중량이 높은 열분해성 제품이 난연제 작용으로 인해 가장 작은 탄화수소 단위로 완전히 분해되지 않을 수도 있습니다. 이것은 향후 추가 조사가 필요할 수 있습니다.
기준 경질우레탄폼을 가열하는 동안 생성된 가스에서 확인된 화합물과 달리 일부 방향족 알코올과 아민은 난연제를 포함하는 모든 경질우레탄폼의 분해 생성물에서 분명해지며, 이는 방정식 (4) 및 (5) 경질우레탄폼에 난연제가 있을 때 어떤 식으로든 관련되어 있습니다. 일반적으로 주요 제품 그룹에는 상기 3. 화재가스 분석 단원에서 논의한 CO 및 NO와 같은 주요 가스 외에도 MDI 기반 경질우레탄폼의 특징인 알켄, 알데히드, 질소함유 화합물, 방향족 및 다른 부속물이 포함됩니다.
10% 난연제 부하에서도 TD-GC-MS 시스템을 사용하여 열분해 생성물의 차이가 확실히 관찰되어 이 방법이 예상대로 사용되는 난연제에 따라 다른 분해 경로를 따를 수 있음을 알 수 있습니다. 또한 확인된 제품은 이 연구에서 취한 다른 측정과 문헌에 설명된 다양한 난연제의 다양한 작용방법과 일치합니다. 이러한 차이에 대한 자세한 화학적 운동학적 분석과 경질우레탄폼 배합, 난연제 및 온도 상호작용을 기초한 정당화는 생성된 화학 종류에 대한 보다 정량적인 조사와 관련된 향후 연구로 연기됩니다.
아래 표는 표와 동일한 테스트 조건에서 20% 난연 경질우레탄폼을 분해하는 동안 화합물 목록을 보여줍니다. 20% 난연제의 추가는 난연 경질우레탄폼에 걸친 분해 가스의 화학적 구조와 특성을 더욱 변화시키는 것으로 보입니다. 비난연 경질우레탄폼에서 생성된 가스는 저분자량 탄화수소(프로펜, 아세트알데히드, 아세톤, 아세토나이트릴, 2-프로페니트릴), 알코올, 방향족 니트릴(벤조니트릴), 일반적인 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔, 스티렌, 리모넨, 페닐에틴) 및 고분자 방향족 화합물(인덴, 벤젠디카르복실산)이 포함됩니다.
[비난연 및 20% 난연 경질우레탄폼에 대한 환기가 잘되는 콘칼로리미터 테스트의 열산화 제품(Ⅰ단계)]