출처: https:tk//uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/8455/Adeosun_David.PDF.pdf?%09sequence=5
비난연 경질우레탄폼에서 생성된 가스와 각 20% 난연 경질우레탄폼에서 생성된 가스를 비교함으로써 브롬 난연 경질우레탄폼은 비난연 또는 다른 난연 경질우레탄폼에서 볼 수 있는 것보다 더 많은 수의 저분자량 탄화수소를 생성합니다. 이들은 주로 프로펜, 1,3-부타디엔, 프로핀, 1-부텐-3-연, 3-펜텐-1연을 포함하는 알케인과 알킨이며, 모두 그을음을 형성하는 주요 전구체이기 때문에 20% 브롬 난연 대 10% 브롬 난연 경질우레탄폼에서 볼 수 있는 상당한 연기 생성 및 높은 미연소 총 탄화수소 농도와 일치합니다.
또한 그을음 조건하에서 예상되는 중 방향족의 부재는 분석 방법의 해결 문제일 수 있거나 화재발생 단계에서 주요 운동 과정의 변화를 나타낼 수 있습니다. 또한 10% 브롬 난연 경질우레탄폼에 대해 확인된 가스와 달리 브로모 메탄은 20% 브롬 난연 경질우레탄폼의 초기 분해 중에 확인됩니다.
브롬 난연 경질우레탄폼과는 대조적으로, 팽창 흑연 난연 경질우레탄폼의 분해는 아세트알데히드, 아세톤, 1,3 디옥실란, 2-메틸 및 1,4 디옥산과 같은 일부 산소화된 탄화수소를 생성하며, 이는 이러한 경질우레탄폼에서 다른 분해 경로를 잠재적으로 반영하고 있으며, 일부 산화 반응이 일어납니다.
인계 난연 경질우레탄폼에서 수집된 제품은 브롬 난연제 또는 팽창 흑연 난연 경질우레탄폼의 제품과 현저하게 다르며, 여기에는 니트릴, 알코올 및 PAH(다환 방향족 탄화수소) 종류가 포함됩니다. 이러한 열분해 생성물의 존재는 앞에서의 방정식 (4) 및 (5)에 묘사된 기본 분리 단계에 의해 뒷받침됩니다. 뿐만 아니라 그을음 및 연기 생성의 지표인 중방향족의 존재는 아래 표에 나타난 콘칼로리미터시험 데이터에 따라 팽창 흑연 난연 경질우레탄폼과 비교했을 때 인계 난연 경질우레탄폼의 연기밀도에서 관찰된 증가와 일치합니다.
[콘칼로리미터에서 연기 데이터(환기가 잘되는 조건)]
팽창 흑연 난연 경질우레탄폼에서 생성된 기체는 비난연 또는 기타 난연 경질우레탄폼에서 볼 수 있는 것보다 낮은 연기 생성 및 평균 SEA 값과 일치하며 20% 팽창 흑연 난연제를 추가하면 분해가 다른 경질우레탄폼보다 다른 경로를 따른다는 것을 암시합니다. 다시 말해, 과정의 세부 사항을 구분하기 위해서는 더 많은 정량적 분석이 필요합니다.
아래 표는 환기가 잘되지 않는 구획 화재 환경을 시뮬레이션하기 위해 연기밀도 챔버에서Ⅰ단계 테스트 중에 확인된 화합물의 요약을 보여줍니다. 이러한 테스트의 초기 단계에서 가열하는 동안 테스트 챔버의 산소 수준은 상대적으로 높고 온도는 주변 온도에 가까워 재료가 열분해됨에 따라 다양한 가스 종류의 복잡한 화합물이 방출됩니다. 그러나 테스트가 진행됨에 따라 산소 수준이 감소합니다.
[비난연 10% 난연 경질우레탄폼에 대한 환기가 잘되지 않는 연기 챔버 테스트의 산화 열분해 제품(Ⅰ단계)]
상기 표에서, 이러한 상황에서 가스에는 직선 사슬 탄화수소, 알데히드, 케톤, 에테르, 알코올, 질소함유 산화물(니트릴 및 아민), 방향족 및 다환 방향족 탄화수소(PAHs) 생성물을 포함하는 것을 알 수 있습니다. 이러한 제품 중 상당 수는 위의 콘칼로리미터 결과에서 볼 수 있는 것과 유사하며, 문헌에서 보고된 바와 같이 환기가 잘되는 조건에서 경질우레탄폼의 열 산화 분해를 통해 얻은 제품과 유사합니다. 이것은 연기밀도 테스트의 이 단계에서 채취한 가스 샘플이 잘 환기되지 않은 상황에서 폼 분해의 종류 특성을 혼합한 것을 포함할 수 있음을 시사합니다.
비난연 및 난연 경질우레탄폼에 표시된 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 스티렌)의 존재는 경질우레탄폼의 열분해 생성물 가스에서 일반적이며, 테스트 중에 샘플링된 가스에서 확인된 에테르 및 알코올과 같은 지방족 산소화 화합물 비난연 및 브롬 난연 경질우레탄폼은 모두 기본 경질우레탄폼의 동시 분해 및 산화와 관련이 있습니다. 연기밀도 챔버 시험 중에 생성된 비난연 경질우레탄폼 가스에서 3,3′-Diaminodiphenylmethane과 Benzenamine, 4-4-methylenebis의 존재를 주목하는 것이 중요합니다. 통풍이 잘되는 콘칼로리미터 테스트에서 분석한 경질우레탄폼 가스에서는 이러한 현상이 나타나지 않았습니다.
연기밀도 챔버에서 이러한 고분자량 화합물의 생성은 연기밀도 챔버의 다른 테스트 조건으로 인해 경질우레탄폼의 덜 완전한 분해가 일어났기 때문에 가스 생성물 또한 기본 경질우레탄폼의 초기 무작위 분리 중에 형성될 것으로 예상되는 화합물을 포함합니다. 이것은 방정식 (4)와 (5)에 표시된 처음 두 개의 기본 분해 단계가 이 단계를 지배한다는 것을 의미합니다. 비난연 경질우레탄폼을 테스트하는 동안 수집된 가스에 이러한 동일한 화학 종이 없다는 것은 초기 분해과정의 차이 또는 이러한 고분자량 화합물의 농도가 가스분석 방법의 분해 한계 이하로 떨어졌음을 의미하며, 이는 또한 분해 과정과 난연제 상호작용과 일치합니다.
예상대로, 다양한 지방족 브롬화 종은 연기밀도 챔버에서 브롬 난연 경질우레탄폼의 분해 중에 생성됩니다. 이러한 것들은 열악한 환기 분해 과정에서 난연제의 완전한 상호 작용이 덜하고 분석용 샘플이 회수되기 전에 배기 후드에서 가스의 상당한 희석이 일어나는 콘칼로리미터 샘플에 비해 연기밀도 챔버가 샘플에서 훨씬 더 높은 농도로 존재하기 때문에 다시 검출될 수 있습니다.
10% 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제 경질우레탄폼의 연기밀도 테스트에서 생성된 분해 가스에서 확인된 낮은 분자량 탄화수소는 높은 산소 농도 및 주변 온도 조건에서 경질우레탄폼의 열분해 초기 단계에서 예상되는 가스의 전형입니다. 예상되는 바와 같이, 난연 경질우레탄폼은 일반적으로 연기밀도 챔버에서 기본 경질우레탄폼보다 더 부분적인 열분해 생성물 및 그을음 전구체뿐만 아니라 기본 폼의 초기 무작위 분해 중에 형성된 것을 연상시키는 더 많은 용융 방향족 화합물을 생성합니다. 이점은 실제 화재 상황에서 재료의 독성 가스 생성 평가에서 구획 환경을 정의하는 것의 중요성을 강조합니다.
아래 표에서는 연기밀도 챔버에서 경질우레탄폼의 분해에 대한 난연제 농도 증가의 효과가 명확하게 나타납니다. 열분해된 제품에서 다른 분포가 동일한 화재 조건에서 10% 난연제 농도의 경질우레탄폼과 비교하여 20% 난연제 경질우레탄폼 분해 중에 확인됩니다. 비난연 경질우레탄폼에서 생성된 일부 저분자량 탄화수소 종류(프로펜, 아세트알데히드, 아세톤 및 에테르) 및 방향족 종류(아닐린, 벤젠, 톨루엔, 자일렌)는 열분해 초기 단계에 연기밀도 챔버에서 만나는 환경에서 모두 유사한 분해 경로를 겪었을 때 예상되는 것과 같이 난연 경질우레탄폼에서 수집된 것과 유사합니다.
[비난연 및 20% 난연 경질우레탄폼에 대한 환기가 잘되지 않는 연기밀도 챔버의 산화 열분헤 제품(Ⅰ단계)]
브로모–메탄은 브롬 난연 경질우레탄폼의 테스트 중에 수집된 가스에서 예상대로 확인됩니다. 이는 브롬화 화합물이 충분히 높은 농도로 경질우레탄폼 가스에 존재해야하다는 표시로 작용하며, 현재의 TD-GC/MS 분석은 그들의 존재를 확인하고 추적할 수 있어야합니다.
모든 난연 경질우레탄폼 중에서 3,3-Diaminodiphenylmethane과 Benzenamine, 4-4-methylenebis는 브롬 난연제 경질우레탄폼의 분해 가스에서만 볼 수 있습니다. 이는 브롬 난연제가 초기 단계에서 비난연 경질우레탄폼과 유사한 방식으로 분해될 수 있는 반면 다른 난연제의 작용은 전반적인 분해 공정을 다르게 하여 제품 가스 조성물의 변화를 초래할 수 있음을 시사합니다. 예를 들어, 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연 경질우레탄폼을 테스트하는 동안 수집된 가스에서 이들 및 기타 결합 방향족 화합물의 부재는 경질우레탄폼 표면을 절연시키고 적어도 현재의 GC-MS 기술에 의해 검출 가능한 농도에서 높은 방향족 성분의 형성 및 방출을 억제할 수 있는 숯 층 형성의 결과일 수 있습니다.
10% 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제 경질우레탄폼에 비해 20% 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제 경질우레탄폼의 테스트 중에 생성된 가스에서 상대적으로 적은 화학 종류가 확인되었습니다. 난연제 농도가 증가함에 따라 더 두꺼운 숯 층이 형성되고 열원과 경질우레탄폼 사이에 물리적 장벽을 형성하여 경질우레탄폼에 대한 열흐름과 산소 확산을 감소시킵니다. 이것은 폴리머 구조의 열분해를 억제하고 분해 속도와 경질우레탄폼에서 휘발성 물질의 생성을 감소시킵니다.
위에서 논의된 내용을 바탕으로 연기밀도 챔버의 오염된 환경에서 발생하는 가스는 콘칼로리미터 시험의 환기가 잘되는 환경에서 발생하는 가스와 유사성과 차이를 나타낼 수 있음을 알 수 있습니다. 이는 다양한 화재 조건에서 다양한 경질우레탄폼을 특징으로 하는 다양한 반응 모드 및 열분해 때문입니다.
예를 들어, 환기가 잘되는 콘칼로리미터 테스트에서 동일한 재료 와 비교하여 연기밀도 챔버 테스트의 산소 제한 환경에서 10% 난연 경질우레탄폼의 분해에서 볼 수 있는 많은 고 분자량 탄화수소(예: 결합 방향족 성분)가 있습니다. 대조적으로 놀랍게도 20% 인계 난연제 샘플은 연기밀도 챔버 테스트에 비해 콘칼로리미터에서 더 많은 결합 고리 방향족 및 퓨란을 생성합니다. 이에 대한 명확한 설명은 없습니다.
일반적으로 연기밀도 테스트 중에 수집된 유출물은 불완전한 열분해(산화가 많이 없는 경우)를 연상시키는 많은 높은 분자량 방향족 화합물로 구성되는 반면, 콘칼로리미터 시험 동안 수집된 유출물은 상대적으로 덜 복잡하며, 열적으로 안정한 화합물로 구성되어 있다고 말할 수 있습니다. 그러나 위에서 언급했듯이 현재 테스트에서 발생하는 경질우레탄폼, 난연제, 산소 농도 및 온도 상호 작용을 보다 완전하게 해석하려면 추가 정량 분석이 필요합니다.