콘칼로리미터와 적외선분광계(FTIR)를 이용한 폼블럭의 연소특성에 대한 실험적 연구
한봉훈·서동호
*·권영희·민세홍
**†가천대학교 일반대학원 박사과정, *경기도재난안전본부 특수대응단, **가천대학교 설비·소방공학과 교수
A Study on the Fire Characterization of Foam block using Cone-calorimeter and FTIR
Bong-Hoon, Han⋅Dong-Ho, Seo*⋅Young-Hee, Kwon⋅Se-Hong, Min**
†Ph.D Candidate, Dept. of Building Equipment System & Fire Engineering, Gachon Univ.
*Special response unit, Gyeonggi Disaster and Safety Headquarters
**Dept. of Building Equipment System & Fire Engineering, Gachon Univ.
(Received October 18, 2017; Revised October 30, 2017; Accepted October 31, 2017) 요 약
폼블럭은 셀프 인테리어 용품으로 새롭게 유행하고 있는 건축마감재로 폴리에틸렌을 주성분으로 하여 제조되고 있어 화재에 취약할 것으로 판단된다. 시중에 판매되고 있는 폼블럭 2종(일반, 난연)을 KS F ISO 5660-1(연소성능시 험)의 기준에 따라 화재시 발생되는 연소특성을 파악하였다. 또한 적외선분광계(FTIR)를 이용하여 시편의 연소로 발 생하는 가스중 대표적 독성가스를 측정한 후 기존의 독성모델에 적용하였다. 콘칼로리미터 시험 결과 2종의 시편 모두 복사열 차단장치를 제거하자마자 인화 및 불꽃연소가 시작되어, 화재시 화염의 급속한 전파 요인이 될 수 있음 을 확인하였으며, 적외선분광계를 통한 연소가스 분석 결과, 일반적인 연소가스인 이산화탄소와 일산화탄소뿐만 아 니라 인체에 심각한 위해를 주는 아크롤레인, 암모니아 및 시안화수소 등이 다량 검출되었다. 본 연구를 통해 폼블럭 제품은 착화성과 발열량이 높으며 유해가스가 다량 방출될 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. 따라서 폼불럭 사용 에 따른 재료의 연소특성, 즉 착화성 저감, 최대 열방출률 제한 및 주요 유해가스의 농도를 제한하는 기준마련도 시 급히 요구된다.
ABSTRACT
Foam block, popularized as the self-interior goods, is susceptible to fire since the main material is the polyethylene flammable synthetic resin. However, it is widely used in homes, offices, and multi-use facilities. In order to understand the fire characteristics of the foam block, two kinds of foam blocks sold in the market (non-fire retardant and fire retardant) were evaluated according to standard of KS F 5660-1 (Reaction to fire test). In addition, the hazard analysis of the gas generated by the combustion of the specimen was performed using the FTIR gas analyzer. The cone calorimeter test showed that the ignition and flame combustion of both two specimens were burned as soon as the radiant heat blocking device was removed, and it was confirmed that the flame could become a rapid propagation factor during the fire. The analysis of the combustion gas through the FTIR gas analyzer showed that both the carbon dioxide and carbon monoxide classified as the common combustion gases and the acrolein, ammonia, and hydrogen cyanide causing serious damage to the human body were detected substantially. This study showed that a foam block product has high ignitionability and generates toxic gases. Hence, it is urgently required to establish the standards used for properly classifying the combustion characteristics of the material on the basis of the use conditions of a foam block product and to prepare the standards on the purpose of use.
Keywords : Foam Block, Cone Calorimeter, Gas Sampling, Heat Release Rate, FTIR
1)
†Corresponding Author, E-Mail: [email protected], TEL: +82-31-750-5714, FAX: +82-31-750-8749
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[Research Paper]
House of Residence Office
Multiplex Available Premises Figure 1. Photography of building interior with Foam block.
체에서는 이러한 장점들을 TV 홈쇼핑 등에서 널리 홍보하 며 제품 판매에 열을 올리고 있다. 그러나 폼블럭의 주재료 는 폴리에틸렌 가연성 합성수지로 화재에 취약하지만 이에 대한 규제가 없어 일반인들이 널리 이용하고 있는 실정이 다. 2017년 10월 소방청에서 발표한 ‘제1차 화재안전정책 기본 계획’에 따르면, 최근 3년간(2013∼2015년) 화재발생 장소는 주택(단독·공동주택)이 전체 화재 건수의 25.3%로
는 용어를 무분별하게 사용하며 자기소화성이 있다고 소비 자들에 제품을 홍보하고 있다.
시중에 판매되고 있는 일반적인 폼블럭의 일반재와 난 연재에 대한 구조를 Figure 2에 나타내었다. 소방법령에서 는 대통령령으로 정하는 특정소방대상물에 실내장식 등의 목적으로 설치 또는 부착하는 물품은 “방염대상물품”으로 정하고 규제하고 있지만, 폴리에틸렌 가연성 합성수지 단
Sample A (General Foam Block) Sample B (Fire Retardant Foam Block) Figure 2. Structure of general and fire retardant foam block.
열벽지인 폼블럭은 아무런 규제 없이 다양한 장소에 실내 장식 및 결로방지 등 다양한 목적으로 무분별하게 사용되 고 있다. 건축법 제43조, 동 시행령 제61조 및 건축물의 피 난·방화 등의 기준에 관한 규칙 제24조에서는 건축물 마감 재료에 대한 용도 및 규모별 적용 대상을 규정하고 있다.
또한 건축물의 마감재료의 난연성능 및 화재확산 방지 구 조(국토교통부 고시 제2015-744호, 2015 10. 13)에서는 한국 산업규격 KS F ISO 5660-1에 따른 ‘가열시험 개시 후 5분 간 총방출열량이 8 MJ/m2 이하이며, 5분간 최대 열방출률 이 10초 이상 연속으로 200 kW/m2를 초과하지 않으며, 5분 간 가열 후 시험체(복합자재인 경우 심재를 포함한다)를 관 통하는 균열, 구멍 및 용융 등이 없어야 한다’ 고 정하고 있고 세부시험 방법은 KS F ISO 1182(불연성 시험방법), KS F 5660-1(콘칼로리미터 시험방법) 및 KS F 2271(가스유 해성 시험방법)을 적용하고 있다. 최근에는 국내외적으로 FTIR을 이용한 가스분석 방법이 다른 분석방법에 비해, 동 시에 여러 성분의 분석이 가능하다는 점, 연소가 진행되는 동안 실시간으로 시간에 따른 농도의 변화를 파악할 수 있 다는 장점 등이 부각되면서 널리 사용되고 있다.(1)
본 연구에서는 시중에서 판매되고 있는 폼블럭 중 Sample A(일반 폼블럭)과 ‘난연’ 성능이 있다고 판매하는 Sample B(난연 폼 블록)를 KS F ISO 5660-1 콘칼로리미터법에 의 한 연소성능 시험과 적외선 분광계(FTIR)를 이용한 가스 유해성 분석을 통해 폼블럭의 화재 특성을 파악하여 화재 위험성을 분석하였다.
2. 콘칼로리미터 연소시험 및 가스 유해성 분석시험
실험재료는 대형마트, 쇼셜커머스, 인터넷몰 등에서 판 매되는 제품 중 Sample A(일반 폼블럭) 1종과 Sample B(난 연 폼블럭) 1종을 선정하였다.
2.1 콘칼로리미터 연소시험(KS F ISO 5660-1) KS F ISO 5660-1에 따른 콘칼로리미터 시험방법은 재료 가 50 kW/m2등 일정한 크기의 복사열량 조건에 놓여 있을 때 연소가 진행되며 방출시키는 열방출률(Heat release rate, kW/m2) 및 일정 시간 동안의 총방출열량(Total heat release, MJ/m2)을 측정할 수 있어, 재료의 화재 시 열적특성을 평가 하기 위한 목적으로 국내외에서 널리 사용되고 있는 시험 방법이다. 본 연구에서는 한국건설기술연구원 화재안전연 구소의 콘칼로리미터를 사용하였다.
이 장치는 콘 형태의 복사전기히터, 복사열 차단장치, 복 사열 조절장치, 시편의 질량을 측정하기 위한 질량측정장 치, 시편홀더, 시편 고정틀, 산소분석장치, 유량측정장치가 설치된 배출가스시스템, 가스 샘플링 장치, 스파크 점화회 로, 점화 타이머, 열류계, 교정용 버너, 데이터 수집 및 분 석시스템들로 구성되어 있다.
2.2 가스 유해성 분석시험
ISO 19701(Method for sample and analysis of fire effluents) 에서는 화재유출물을 샘플링하고 분석하는 방법을 정의하 고 있다. 인체에 유해한 가스를 이산화탄소, 일산화탄소 및 시안화수소와 같은 질식성 가스와 염화수소, 브롬화수소, 불화수소, 질산화합물, 아크롤레인, 포름알데히드 및 이산 화황 등과 같은 자극성 가스로 나누고, 이러한 가스를 샘플 링하여 분석하는 기술로서 여러 종류를 소개하고 있는데 그 중 하나가 적외선분광계(FTIR)이다.
ISO 19702(Guidance for sampling and analysis of toxic gases and vapours in fire effluents Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy)에서는 적외선분광계(FTIR)를 이용하 여 일산화탄소, 이산화탄소, 시안화수소, 염화수소, 브롬화 수소, 일산화질소, 이산화질소, 불화수소, 이산화황, 아크로 레인 등 가스의 농도를 분석하는 방법에 대한 일반 지침을 소개하고 있다. 적외선 분광법은 적외선에 노출된 물질은 광학이성질체를 제외하고는 대부분의 경우 다른 화합물과
Figure 3. Cone Calorimeter & FTIR Analyzer
Specification Value
Resolution 8 cm-1
Spectrum Range 4,250∼700 cm-1 Detector Peltier cooled MCT Path Length 9.8 m
Scan Frequency 10 scan/s Sampling Pump Flow 1.5 L/min
Analysis Technique Automatically Multiply the Reference Spectrum (Calcmet Lite Software) Table 1. Analytical Conditions of FTIR for Combustion Gas
Figure 4. Specimen Sample A & Specimen Sample B.
쉽게 구별할 수 있는 독특한 지문을 제공한다는 성질에 기 초하는 분석기법으로 물질의 정성 및 정량분석에 널리 응 용되고 있다.(2,3)
Figure 3에 나타낸 바와 같이 가스유해성을 분석하기 위 해 콘칼로리미터 시험기와 적외선분광계(핀란드 GASMET 사, DX 4040)를 결합하여 재료의 열방출 특성과 연소가스
의 유해성을 동시에 평가하였다. 이 분석기는 휴대용 측정 기로 PDA, 베터리, 샘플링 프로브와 라이브러리 내장형으 로 해당물질의 최소 탐지 농도 한계는 약 0.2∼0.3 ppm이 다. Table 1은 적외선분광계(FTIR)에 대한 분석조건을 나타 낸 것이다.
2.3 시편의 제작 및 준비
Figure 4에 나타낸 바와 같이 시편은 KS F ISO 5660-1 기 준에 따라 가로·세로 각각 100 mm인 정사각형의 것으로 3 개씩을 준비하였다. 시험을 실시하기 전에 시편을 ISO 554 기준에 따라 온도 (23±2) ℃ 상대습도 (50±5)%의 조건에서 항량이 될 때까지 처리한다. 모든 시편들은 시편 고정틀과 함께 시험을 실시한다. 시험을 위한 시편 준비는 시편 고정 틀을 아래로 향하도록 하여 평평한 바닥면에 놓고 포일로 감싼 시편을 노출면이 바닥을 향하도록 하여 시편 고정틀 속으로 넣은 후 시편 고정틀을 시편 홀더에 고정한다.
2.4 실험절차
콘칼로리미터를 이용한 연소성능시험은 초기 준비로
Figure 5. Foam block sample A specimen before and after a cone calorimeter test.
Figure 6. Foam block sample B specimen before and after a cone calorimeter test.
CO2트랩과 최종 수분 트랩을 점검하고 배출 유량을 (0.024
±0.002) m2/s로 설정하였다. 가열강도 50 kW/m2로 하여 복 사열 차단장치를 제 위치에 삽입하고 질량 측정 장치를 보 호하고 있는 열 차단 장치를 제거한 후 준비된 시편과 시 편홀더를 질량 측정 장치 위에 수평(Horizontal)으로 올려놓 았다. 인화 또는 일시적인 불꽃 연소가 발생된 때의 시간과 지속적인 불꽃 연소가 발생한 때 시간을 기록하고 스파크 전원과 점화 장치를 제거하였다. 5분의 실험시간 동안 모 든 데이터를 수집한 후 시편과 시편홀더를 제거하였다. 질 량측정 장치 위에 열차단 장치를 놓고 반복해서 3개의 시 편을 실험하고 그 결과를 기록하였다.(4) 가스 유해성 분석 은 콘칼로리미터 시험기의 가스 샘플링 환형 검침기와 적 외선분광계 샘플링 프로브를 결합한 후 콘칼로리미터법에
의한 연소 성능 시험을 실시간 측정하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 콘칼로리미터에 의한 연소특성시험 결과
화재에서 가장 중요한 물리량은 열방출률로서 화재의 전파, 온도 상승 및 연기생성량 등 모든 화재에 의해 유발되 는 문제와 밀접한 관계를 가지고 있다.(5) Sample A(일반 폼 블럭) 1종과 Sample B(난연 폼블럭) 1종, 총 2종에 대하여 콘칼로리미터 실험을 실시하였으며, 실험 전 · 후의 시편에 대한 결과를 Figure 5와 Figure 6에 나타낸 것이다. Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블럭) 시편 모두 연소실 험을 시작하면서 복사열 차단 장치를 제거하자마자 연소되
Figure 7. Heat release rate of samples A and B.
Figure 8. Total heat release of samples A and B.
었으며 잔유물은 남아 있지 않았음을 확인할 수 있었다. 건 축물 마감재료의 난연성능 및 화재확산 방지구조 기준(국토 교통부 고시 제2015-744호, 2015.10.13.) 제4조에서 “난연재료
‘는 한국산업규격 KS F 5660-1에 따른 가열시험 개시 후 5분 간 총방출열량이 8 MJ/m2 이하이며, 5분간 열방출률이 10 초 이상 연속으로 200 kW/m2를 초과하지 않으며, 5분간 가 열 후 시험체를 관통하는 균열, 구멍 및 용융 등이 없어야 한다고 규정되어 있다. 실험결과 Sample B는 난연재료 기 준을 충족되지 못함을 확인하였다.
3.1.1 착화시간
1. Sample A(일반 폼블럭) 1종과 Sample B(난연 폼블럭) 1종, 총 2종에 대하여 콘칼로리미터 실험을 실시하면서 각 종류별 3개의 시편을 준비하여 실험 한 결과, 착화
시간은 시편 총 6점 모두 1초 이내로 나타났다. 폼블럭 의 주재료인 폴리에틸렌은 열가소성 수지로 화기에 취 약한 재료임을 확인하였고, Sample A(일반 폼블럭) 뿐 만 아니라 Sample B(난연 폼블럭)도 동일한 콘칼로리미 터 실험조건인 50 kW/m2 열유량(Heat flux)에서 큰 차이 가 없이 쉽게 연소되는 것을 알 수 있었다.
3.1.2 열방출 특성
본 연구에서 사용한 폼블럭의 주요 구성성분인 폴리에 틸렌은 연소속도가 빠르고 다양한 종류의 독성가스가 발생 하는 특징이 있다. 또한, 폴리에틸렌은 열가소성 수지로 연 소시 고온의 용융물이 낙하하여 2차 위험성이 발생할 수 있 다. 폼블럭의 최대 열방출율과 평균 열방출율은 Table 2과 Figure 7에 각각 나타내었다. Sample A(일반 폼블럭)의 최고
Figure 10. Smoke production rate of samples A and B.
Figure 9. Concentration of oxygen in combustion gas samples A and B.
치는 280.57 kW/m2이고, 최저치는215.63 kW/m2, Sample B (난연 폼블럭)의 최고치는 277.04 kW/m2이고 최저치는 254 로 큰 차이가 없었으며, 최대 열방출율에 도달시간도 10초 에서 20초 사이도 대동소이 하였다. 열방출량(MJ/m2)은 불 의 세기를 나타내므로 시료의 열방출 특성을 알 수 있는 측정값이다. Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블 럭)의 소재는 화재시 화염의 급속한 전파 요인이 될 것으 로 예상된다.
Figure 8은 Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블 럭) 2종류의 폼 블록 연소로 인해 방출된 총열량을 나타낸 것으로 5분간의 실험시간에 대한 값이다. 실험 결과 2종류 의 폼 블럭의 재료 구성의 차이는 크지 않음을 알 수 있다.
Sample A(일반 폼블럭) Sample B(난연 폼블럭) 구분 없이 착화 직후 순간적인 열방출이 일어나고 5분의 실험 시간 내내 비슷한 패턴을 보이고 있음을 알 수 있다. Sample A 시편 3개의 총방출열량이 평균 11.9 MJ/m2인 반면, Sample B는 12.8 MJ//m2로 나타나 Sample A(일반 폼블럭)보다는 Sample B(난연 폼블럭)의 총 발열량이 다소 많음을 나타내 고 있다. 이는 Sample B(난연 폼블럭)의 소재 구성상 추가 된 물질들이 있고, Table 5에서 알 수 있듯이 시편의 밀도 가 Sample A(0.05 g/cm3)보다 Sample B(0.052 g/cm3)가 큼에 따라 발열량이 다소 증가한 것으로 판단된다.
또한 콘칼로리미터법에 의한 연소성능 시험의 시험 원 리인 ‘순연소열은 연소하는데 필요로 하는 산소의 양에 비 례한다’는 점에 기초를 두고 있다. Figure 9는 각 시편을 50
㎾/㎡ 의 복사열에 노출시켜 대기 조건에서 연소시키고 이 때 산소농도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 두 시료 모두 시험 시작 후 약 20초 부근에서 산소농도가 약 20.1%의 최저값을 나타내었다. Figure 10의 Sample A(일반 폼블럭) Sample B(난연 폼블럭)의 시간에 따른 연기발생율 을 비교한 것이다. 시간 경과에 따른 연기 발생율은 열방출 율의 경우와 다른 경향의 그래프를 보인다. 열방출율의 경 우는 착화 후 20초 내에서 최대값을 나타내고 급격하게 감 소하는 반면 연기 발생율은 착화 후 20초에서 최소값을 보 이며 40초 부근에서 최대값을 나타낸다. 그 후 연기 발생율 은 시험 시간인 5분 까지 일정범위 안에서 큰 변동 없이 연 기가 발생하였다. 이와 같은 결과는 폼블럭의 구조적 소재 사이 풍부한 산소가 존재하며, 주성분인 폴리에틸렌과 열 특성이 다양한 다층구조의 성분에 기인한 것으로 판단된 다. 연소초기 20초까지는 열분해와 시료 아래층의 불완전 연소에 의한 연기발생이 일어나고, 40초 부근 연기발생률 이 최대가 되는 것은 시료 전체적으로 연소가 일어나는 것 에 기인되며, 이 후 발생하는 연기는 상대적으로 연소속도 가 느린 필름층, 코팅층, 접착제 성분의 연소 또는 탄화과
Figure 11. FTIR spectrum of combustion gas : (a) sample A, (b) sample B.
Gas Chemical Formula Toxicity (ppm)
TWA IDLH LC50
Carbon Dioxide CO2 5,000 40,000 470,000
Carbon Monoxide CO 30 1,200 6,600
Acetaldehyde CH3CHO 50 2,000 20,555
Acrolein C2H3CHO 0.1 2 131
Acrylonitrile C2H3CN 2 85 1,198
Ammonia NH3 25 300 10,050
Formaldehyde HCHO 0.3 20 815
Hydrogen Bromide HBr - 30 3,000
Hydrogen Chloride HCl 1 50 3,700
Hydrogen Cyanide HCN - 50 170
Hydrogen Fluoride HF 0.5 30 2,042
Phosgene COCl2 0.1 2 340
Nitrogen Dioxide NO2 3 20 138
Sulfur Dioxide SO2 2 100 3,000
Table 3. Toxicity Criteria for Combustion Gases(6)
정에서 발생되는 연소가스라 판단된다.
3.2 가스 유해성 분석 3.2.1 FTIR 스펙트럼
FTIR을 이용하여 수집된 스펙트럼으로부터 정성 정량분 석을 수행하였다. 샘플링 라인은 별도 가열을 하지 않았고 연소가스의 응축을 최소화하기 위해 샘플링 라인을 1 m 이 내로 하였다. Figure 11은 콘칼로리미터 시험기의 가스 샘 플링 환형 검침기와 FTIR 가스탐지기의 샘플링 프로브를 결합한 후 측정된 폼블럭 시료의 FTIR 분석 스팩트럼이다.
x축은 시료에 조사되는 적외선 파수(wave number, cm-1)로
4,250∼700 cm-1범위에서 측정되었으며 y축은 적외선 흡광 도를 나타낸 것이다. FTIR 스팩트럼 결과 연소가스 내 다 양한 성분이 존재함을 알 수 있으며, Multiply Reference Spectrum 분석 프로그램(Calcmet Lite software)을 통해 연소 가스에 존재하는 각각의 성분과 농도를 측정하였다.
Table 3는 일반적인 연소가스에 대한 독성기준 값을 정 리한 것이다. Time weighted Average (TWA)는 국내 고용노 동부 고시를 참조한 근로자가 작업 중 노출허용농도이며, Immediately Dangerous to Life or Health (IDLH)는 일반인이 30분 동안 노출될 경우 생명 또는 건강에 즉각적인 위험을 일으키는 농도, LC50은 30분 동안 실험생물(rat)을 흡입시
Gas Minimum Limit of Detection Sample A Sample B
Carbon Dioxide (CO2) 0.2∼0.3 3,866 5,201
Carbon Monoxide (CO) 0.2∼0.3 68 68
Acetaldehyde (CH3CHO) 0.2∼0.3 0.40 2.44
Acrolein (C2H3CHO) 0.2∼0.3 1.17 5.43
Acrylonitrile (C2H3CN) 0.2∼0.3 1.11 13.12
Ammonia (NH3) 0.2∼0.3 3.22 1.26
Formaldehyde (HCHO) 0.2∼0.3 0 0
Hydrogen Bromide (HBr) 0.2∼0.3 0 0
Hydrogen Chloride (HCl) 0.2∼0.3 0 0
Hydrogen Cyanide (HCN) 0.2∼0.3 1.05 1.55
Hydrogen Fluoride (HF) 0.2∼0.3 0 0
Phosgene (COCl2) 0.2∼0.3 0 0
Nitrogen Dioxide (NO2) 0.2∼0.3 0 0.84
Sulfur Dioxide (SO2) 0.2∼0.3 0.26 0.31
Table 4. Concentration of Combustion Gas (ppm)
Density (g/cm3) m b Low O2 N-gas Value
Sample A 0.050 -18 122,000 20.1 0.069
Sample B 0.052 23 -38,600 20.1 0.125
Table 5. Low O2 and Toxicity Value of Combustion Gas
50% 이상 치사시킬 수 있는 농도에 해당하는 기준 값이다.
연소가스 중에서도 아크롤레인, 포름알데히드, 시안화수소, 불화수소 및 포스겐 등이 인체에 치명적인 영향을 줄 수 있는 물질임을 알 수 있다.
Table 4는 콘칼로리미터 시험기의 가스 샘플링 환형 검 침기와 FTIR 가스탐지기의 샘플링 프로브를 결합한 후 측 정된 폼블럭 Sample A(일반 폼블럭), Sample B(난연 폼블 럭)의 측정된 연소가스 농도를 나타낸 것이다. 두 시편은 모두 5분 이내에 연소가 종료되었고, 연소가스 성분 중 공 통적으로 이산화탄소, 일산화탄소, 아세트알데하이드, 아크 롤레인, 아크릴로니트릴, 암모니아, 시안화수소, 이산화황 및 이산화질소가 검출되었다. 반면 포름알데하이드, 브롬 화수소, 염화수소, 불화수소 및 포스겐은 검출되지 않았다.
이산화탄소와 일산화탄소 발생농도는 연소가스 성분 중 가장 높게 나온 것을 볼 수 있는데 이는 폼블럭의 주 구성 소재인 폴리에틸렌의 연소에 의한 것임을 알 수 있다. 아크 롤레인은 IDLH 값이 2 ppm인 맹독성 가스로 Sample B(난 연 폼블럭)에서 5.43 ppm으로 측정되었으며, 이 농도는 인 체에 치명적일 수 있는 수치이다. 아크로레인은 석유제품 과 유지류 등이 탈 때 생성되는 것으로 자극성이 크고 맹 독성가스로 1 ppm 정도의 농도만 되어도 건강에 피해를 줄 수 있으며 10 ppm 이상의 농도에서는 성인이 즉사할 수 있 는 것으로 알려져 있다.(7)
아크릴로니트릴과 시안화수소가 Sample A(일반 폼블럭)
에서 각각 1.11 ppm과 1.05 ppm이 검출되었으며, Sample B (난연 폼블럭)에서는 각각 13.12 ppm과 1.55 ppm으로 검출 되었다. 아크릴로니트릴과 시안화수소는 폼블럭 제조시 사 용된 접착제가 연소되면서 발생된 유해가스로 알려진 물질 이다. 폼블록 연소시 주성분인 폴리에틸렌뿐만 아니라 난 연성 물질과 접착제 사용량도 유해가스를 발생시킬 수 있 는 중요인자 중 하나임을 알 수 있다.(8)
폼블럭 연소가스의 위험정도를 알아보기 위해 국제적으 로 공인된(ISO 13344) 방법을 사용하여 평가하였다. 식 1은 Barbara C. etc가 실험을 통해 제시한 연소가스 독성지수를 구하는 N-Gas model 식을 기초로 하여 나타낸 것이다.(9) LC50()은 Table 5에서 정리한 해당물질()의 LC50 값을 사 용하였고, []은 본 실험을 통해 FTIR로 측정한 연소가스 농도값이다. CO2농도가 5% 이하일 경우 m=-18, b=122,000 이며, CO2농도가 5% 이상일 경우 m=23, b=-38,600이다. 이 는 CO2 농도가 5% 이상이 되면 CO의 독성은 감소한다는 연구결과에 기초한 것이다. 산소(O2) 농도는 섹센 3.1에서 콘칼로리미터 실험을 통해 측정한 가장 낮은 산소농도(low O2) 평균값을 사용하였다. Barbara C. etc 실험에서 흥미로 운 결과는 이산화질소 존재 하에서는 시안화수소의 독성이 감소한다는 것이다.
식 1을 적용하여 Sample A(일반 폼블럭)와 Sample B(난 연 폼블럭)의 연소가스 독성지수는 각각 0.069, 0.125로 계 산되었다(Table 5 참조). 독성지수 값이 0.8 이상이면 생물
4. 결론 및 제언
일상에서 시공이 편리하며, 단열 등 여러 장점이 있다는 이유로 손쉽게 사용하고 있는 폴리에틸렌 가연성 합성수지 단열벽지인 폼블럭의 위험성 평가에 대해 연구한 결과 다 음과 같은 결론을 얻었다.
1) 콘칼로리미터 시험 결과, 시험조건인 50 kW/m2 열유 량(Heat flux)의 복사열 크기에서 Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블럭) 소재 모두 복사열 차단 장치를 제 거하자마자 불꽂을 내며 연소를 시작하였다.
2) 난연 폼블럭은 건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지 구조 기준 제4조에 의한 난연재료로서의 기능을 충족하지 못함을 확인하였다.
3) FTIR 시험 결과 연소가스 성분 중 공통적으로 이산화 탄소, 일산화탄소, 아세트알데하이드, 아크롤레인, 아크릴 로니트릴, 암모니아, 시안화수소, 이산화황 및 이산화질소 가 검출되었다. 특히 연소가스 중 아크롤레인은 맹독성 가 스로 Sample B(난연 폼블럭)에서 5.43 ppm 측정되었다. 폼 블럭이 직접적인 화재유발인자는 아니더라도 화재 발생시 연소를 가속화 시키고 인체에 치명적인 연소가스를 발생시 킬 수 있음을 확인하였다.
제언으로, 폼블럭이 실내 마감재료로 널리 사용되고 있 고, 착화성과 발열량이 높다는 점, 연소시 유해가스가 다량 방출되는 점 등을 고려하여 사용기준을 신속하게 마련해야
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