출처: https:tk//uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/8455/Adeosun_David.PDF.pdf?%09sequence=5
② Ⅱ단계: 연소 제품
콘칼로리미터의 연소 환경은 잘 환기된 조건의 결과로 전체 산화에 유리합니다. 불완전한 산화 반응은 산소가 제한된 환경으로 인해 연기밀도 챔버에서 우세합니다. 두 조건 모두에서 화염 테스트는 연소 생성물이 최대 열방출율 주변에서 수집되어 콘칼로리미터에서 더 완전히 발달된 화재를 시뮬레이션하는 Ⅱ단계 화재를 나타냅니다. 유사하게, 연소 가스는 특정 광학 연기밀도가 연기밀도 챔버에서 최대값에 가까워 질 때 수집됩니다. 콘칼로리미터 및 연기밀도 챔버 테스트에서 비난연 및 난연 경질우레탄폼에서 발생한 화염 연소 생성물의 TD-GC-MS 분석 결과가 이 단원에서 논의됩니다.
ⓐ 콘칼로리미터에서 연소 생성물
아래 표는 환기가 잘되고 완전히 발달된 화재에서 비난연 및 10% 난연 경질우레탄폼에 걸쳐 생성된 다양한 가스 유출물의 목록을 보여줍니다. 경질우레탄폼 및 탄화수소 연료에서 연소 및 그을음 형성 중에 나타나는 일반적인 가스를 대표하는 프로펜, 아세톤, 벤젠, 톨루엔 및 스티렌과 같은 모든 샘플에서 특정 1차 가스가 생성됩니다.
[비난연 및 10% 난연 경질우레탄폼에 대한 통풍이 잘되는 콘칼로리미터 테스트의 연소 생성물(Ⅱ단계)]
비난연 및 브롬 난연 경질우레탄폼에 대한 콘칼로리미터 테스트 중 알데히드, 케톤, 에테르 및 알코올과 같은 지방족 산소화 화합물의 형성은 팽창 흑연 난연제 및 인계 난연제 경질우레탄폼에 비해 이들 경질우레탄폼의 질량 잔존율(% PMR)의 낮은 값과 일치하는 산화 반응이 일어나고 있음을 나타냅니다. 10% 브롬 난연제 경질우레탄폼에서 수집된 가스는 프로펜, 프로판과 같은 저분자량 탄화수소와 아세트 알데히드, 아세톤 및 알코올과 같은 산소화 화합물뿐만 아니라 리모넨, 페닐에틴 및 벤젠 디카르복실산과 같은 고분자량 지방족 화합물로 구성됩니다.
이러한 생성물의 조합은 브롬 난연제 경질우레탄폼의 시험 중에 관찰된 화염 지연제 작용, 상대적으로 높은 질량 손실 및 연기 생성과 일치하는 열분해, 산화 및 그을음 형성 과정을 결합한 것을 시사합니다. 브롬화 종류의 부재는 그들이 존재한다면 방법의 검출 한계보다 낮은 농도로 존재한다는 것을 암시합니다.
팽창 흑연 난연제에서 고 분자량 탄화수소의 긴 사슬인 3,3-Diaminodiphenylmethane과 Benzenamine, 4-4-methylenebis 및 benzenedi 카르복실산의 존재는 기본 경질우레탄폼의 분해 초기 단계를 나타냅니다. 이것은 연소 경질우레탄폼에서 열 침투, 산소 확산 및 연료 기화를 방지하는 탄소질 숯 층이 경질우레탄폼에 형성되어 있기 때문일 수 있습니다. 인계 난연제 경질우레탄폼을 테스트하는 동안 수집된 가스에 이들 및 기타 결합 반향족 화합물이 없는 것은 초기에 다공성 숯 층이 연소 경질우레탄폼 위에 형성되어 폴리머 구조의 열 침투 및 산소 확산을 억제하지 않는다는 이론과 일치합니다. 따라서 분해 및 산화 반응은 테스트의 동일한 단계에서 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼보다 더 진행됩니다. 이것은 앞 단원에서 설명된 바와 같이 피크 열방출율 시간에 형성되는 것으로 관찰된 표면 숯 층의 다공성 특성에 대한 다양한 논의와 일치합니다.
아래 표는 환기가 잘되는 콘칼로리미터에서 비난연 및 20% 난연 경질우레탄폼의 연소 생성물 목록을 보여줍니다. 프로펜(올레핀), 벤젠 및 톨루엔과 같은 소수의 화합물만이 모든 경질우레탄폼에서 공통적입니다. 이것은 20% 난연제가 기본 폼의 화학적 구조와 연소 특성을 크게 변화시킨다는 것을 의미합니다.
[비난연 및 20% 난연 경질우레탄폼에 대한 환기가 잘되는 콘칼로리미터 테스트에서 연소 생성물(Ⅱ단계)]
비난연 경질우레탄폼의 관점에서, 중 방향족 화합물의 부재와 결합된 연소 배기가스 내의 산소화 탄화수소 및 알코올의 존재는 연소 과정을 방해할 난연제가 없기 때문에 보다 완전한 산화 반응에 기인할 수 있습니다. 브롬 난연제의 농도가 20%로 증가함에 따라 브롬 난연제는 연소 과정을 늦출 것으로 예상됩니다. 20% 브롬 난연제에서 채취한 배기 샘플에서 다중 결합 고리 방향족(아크리딘 및 카바졸)의 존재는 높은 연기 발생과 관련이 있거나, 또한 더 무거운 분해 생성물을 초래하는 가장 약한 결합의 파편을 포함하는 중합체 체인의 1차 열분해 때문일 수도 있습니다. 브로모 메탄(bromo-methane)의 연소 과정과 난연제의 상호 작용을 확인하고 다른 브롬화 종류의 부재는 GC/MS 시스템의 검출 한계보다 낮은 농도에 존재하기 때문일 수 있습니다.
첨가제 농도가 10%~20% 증가함에 따라 브롬 난연제 및 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼을 가열하는 동안 발생하는 가스에서 더 적은 연소 생성물이 확인됨을 알 수 있습니다. 팽창 흑연 난연제의 농도를 증가시킴으로써 표면 숯 층의 두께도 증가하여 연소 폴리머 구조 위에 차폐를 생성합니다. 이것은 가열하는 동안 경질우레탄폼 표면에 도달하는 입사 열유속을 감소시켜 최종 테스트에서 더 높은 PMR 값으로 이어집니다. 마찬가지로, 20% 브롬화 경질우레탄폼을 테스트하는 동안 생성된 가스에 산소화 탄화수소가 없다는 것은 10% 브롬화 경질우레탄폼과 비교하여 산화과정이 다르다는 것을 나타냅니다.
반대로 경질우레탄폼 속에 인계 난연제 중량 비율이 10~20% 증가함에 따라, 표면 숯층은 연소 경질우레탄폼의 반응 영역으로부터 산소 접근을 제한하여 그을음 형성의 핵심 지표인 벤조 푸란 및 나프탈렌과 같은 보다 부분적으로 산화된 고분자량 방향족 화합물 및 다중 결합 고리 방향족 화합물을 생성합니다. 이것은 20% 인계 난연 경질우레탄폼이 더 높은 수준의 연기 생성을 나타내며 표[콘칼로리미터에서 연기 데이터(환기가 잘되는 조건)]에 표시된 콘칼로리미터와 일치한다는 다른 관찰과도 일치하며, 여기서 20% 인계 난연제 경질우레탄폼의 연기 밀도는 잘 환기되는 조건에서 테스트된 다른 경질우레탄폼보다 높습니다. 결과는 또한 인계 난연제 농도 수준의 증가가 피크 열방출율 및 연기밀도의 측정된 값을 반드시 감소시키지 않는 다는 것을 나타내며, 따라서 인계 난연제 샘플의 향상된 화재성능을 위한 최적의 난연제 부하가 있을 수 있음을 시사합니다.