The fire retardant bamboo charcoal (BC) boards were manufactured for interior building materials in this study, The BC boards were manufactured by mixing and pressing of the bamboo charcoal, expanded vermiculite, and inorganic binder. The combustion behaviors of the BC boards were investigated using...
The fire retardant bamboo charcoal (BC) boards were manufactured for interior building materials in this study, The BC boards were manufactured by mixing and pressing of the bamboo charcoal, expanded vermiculite, and inorganic binder. The combustion behaviors of the BC boards were investigated using a cone calorimeter at an incident heat flux of 50 kW/$m^2$. Three building materials (plywood, BC board of Japan, and gypsum board) were used to observe the burning behaviors of weight loss, total heat release rate, and maximum heat release rate. Surface test and toxicity evaluation of the BC board were also conducted. The weight loss of the BC board (12.0%) was lower than the nonflammable gypsum board (15.6%) after burning of 10 min. Total heat release of the BC was 3 MJ/$m^2$ (KS standard 8 MJ/$m^2$) and total heat release rate of the BC was 20 kW/$m^2$ (KS standard 200 kW/$m^2$). Therefore, the BC boards were adjustable for the third-grade flame retardant building materials. External appearance change and mouse toxicity were not found in the BC boards after the combustion test.
The fire retardant bamboo charcoal (BC) boards were manufactured for interior building materials in this study, The BC boards were manufactured by mixing and pressing of the bamboo charcoal, expanded vermiculite, and inorganic binder. The combustion behaviors of the BC boards were investigated using a cone calorimeter at an incident heat flux of 50 kW/$m^2$. Three building materials (plywood, BC board of Japan, and gypsum board) were used to observe the burning behaviors of weight loss, total heat release rate, and maximum heat release rate. Surface test and toxicity evaluation of the BC board were also conducted. The weight loss of the BC board (12.0%) was lower than the nonflammable gypsum board (15.6%) after burning of 10 min. Total heat release of the BC was 3 MJ/$m^2$ (KS standard 8 MJ/$m^2$) and total heat release rate of the BC was 20 kW/$m^2$ (KS standard 200 kW/$m^2$). Therefore, the BC boards were adjustable for the third-grade flame retardant building materials. External appearance change and mouse toxicity were not found in the BC boards after the combustion test.
환경부는 신축 공동주택에 대해서는 포름알데히드와 톨루엔 등 6종의 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)에 대해 실내 공기질 측정을 의무화하는 한편, 도서관, 휴게실과 같이 일정 규모 이상을 지니며 일반 대중이 이용하는 다중이용시설의 실내공기 관리를 한층 강화하였다. 또한 오염물질을 방출하는 각종 건축자재에 대해서는 품질을 등급별로 평가하여 소비자에게 공표하는 제도를 도입하였다. 이에 따라 국내 건축자재 시장은 친환경 제품의 생산체제로 빠르게 전환되고 있으며, 동시에 각종 재료에서 방출되는 유해 VOC를 흡착, 분해하는 광촉매, 피톤치드 등과 같은 친환경 건축자재 시장이 점차 확대되어 가고 있다.
시험체를 가로 100 mm × 세로 100 mm 크기로 준비하여 온도 23 ± 2°C, 상대습도 50 ± 5% 항량이 될 때까지 양생하였다.
대나무숯 성형보드의 난연성능을 조사하기 위해 열류량 50 kW/m2의 콘칼로리미터에 의한 연소시험이 수행되었다. 연소에 따른 중량감소율, 총열방출량, 최대열방출률 및 가스유해성을 조사하였다. 연소 개시 5분 시점에서 대나무숯 성형보드의 총열방출률은 3 MJ/m2(기준 8 MJ/m2)이며, 최대열방출률은 20 kW/m2(기준 200 MJ/m2)를 나타내어 난연3급의 난연재료의 성능을 만족하였다.
합판, 죽탄보드, 석고보드와의 상호 비교를 통해 대나무숯 성형보드의 난연성능을 평가하였다. 연소에 따른 중량감소율, 최대 열방출률, 전체 열방출량, 가스발생량 및 가스유해성을 조사하였다.
1,200°C에서 발포한 경량 질석분말(40 mesh)에 실리케이터계 바인더를 소량 첨가하여 1차 혼합한 다음 대나무숯 분말(60 mesh)을 투여하여 특수 제작한 롤러형 믹서에서 2차 혼합하였다. 입도를 균일화하기 위해 가는 체로 친 다음, 공기를 차단한 상태에서 하룻밤 숙성하여 분말상 조성물을 제조하였다. 손으로 쥐면 움켜쥘 정도의 물기를 지닌 조성물 약 2 kg 을 45 × 45 cm 크기의 성형틀에 붓고 상온에서 유압 프레스로 냉압(150 kgf/cm2)을 실시하고 약 1~2분 압력을 가한 다음 성형품을 준비한 판 위에 조심해서 옮겼다.
합판, 죽탄보드, 석고보드와의 상호 비교를 통해 대나무숯 성형보드의 난연성능을 평가하였다.
대상 데이터
발포질석은 매우 가볍고 불에 타지 않으며 내구성이 반영구적이어서 경량패널, 흡음판, 내화단열용 건축패널 등 다양한 제품에 널리 응용되고 있다. 난연성능의 비교를 위해, 대나무숯 성형보드와 함께 합판(7ply, 시판), 벽체용 석고보드(KCC, 시판), 죽탄보드(일본수입, 시판)의 4종의 공시재료를 준비하였다. 공시재료의 기본 성상과 외형을 각각 Table 1과 Fig.
대나무숯의 원료는 1,000°C 부근에서 제조된 국산 죽순대이며, 성형보드의 난연성능의 향상을 위해 1,200°C에서 발포된 경량의 발포질석이 사용되었다.
이론/모형
KS F ISO 5660-1의 규정에 따라 콘칼로리미터(Dual Cone Calorimeter)를 이용하여 시험을 실시하였다. 시험조건은 콘의 복사열량을 50 kW/m2, 가열 방법은 보편적인 방법인 수평가열방식을 사용하였다.
난연시험의 부가시험으로 KS F 2271:2006(건축물 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법)에 의거하여 가스 유해성 시험을 실시하였다. 가스유해성 시험은 8마리 쥐들의 평균 행동정지시간을 계산하여 9분을 초과하면 합격으로 판정한다.
KS F ISO 5660-1의 규정에 따라 콘칼로리미터(Dual Cone Calorimeter)를 이용하여 시험을 실시하였다. 시험조건은 콘의 복사열량을 50 kW/m2, 가열 방법은 보편적인 방법인 수평가열방식을 사용하였다. 열방출율은 재료의 연소에 필요한 산소의 양에 비례한다는 점에 기초를 두고 있다.
성능/효과
4종의 공시재료에 대한 총열방출률(THRR)을 조사한 결과(Fig. 4), 합판과 죽탄보드는 연소 5분 경과시 총열방출률(THRR)이 이미 10 MJ/m2 이상으로 어떠한 난연기준도 만족시키지 못하였다. 대나무숯 성형보드는 5분 경과시 3 MJ/m2로 난연3급(난연)의 기준을 만족하였으나, 10분 경과시 11 MJ/m2로 난연 2급(준불연)의 기준을 만족시키지 못하였다.
연소 과정에서 전체 두께에 걸친 용융, 방화상 해로운 변형, 뒷면의 균열이 전혀 없고 잔염이나 발연도 발생하지 않았으며, 연소가스에 의한 유해성은 나타나지 않았다. 결론적으로, 대나무숯 성형보드는 인테리어용 건축재료로 사용이 가능한 것으로 판단되었다.
KS F 2271의 ‘건축물의 내장재료 및 공법의 난연성 시험방법’에 따라 대나무숯 성형보드의 가스 유해성을 조사하여 Table 3에 나타내었다. 대나무숯 성형보드에 있어서 쥐들의 평균 행동정지시간이 합격 기준인 9분을 초과한 14분 20초를 나타내어 유해가스의 발생에는 문제가 없는 것으로 판단되었다. 동시에 시험한 표면시험 결과에서는 전체 두께에 걸친 용융, 방화상 해로운 변형, 뒷면의 균열이 전혀 없고 잔염이나 발연도 발생하지 않았다.
대나무숯 성형보드에 있어서 쥐들의 평균 행동정지시간이 합격 기준인 9분을 초과한 14분 20초를 나타내어 유해가스의 발생에는 문제가 없는 것으로 판단되었다. 동시에 시험한 표면시험 결과에서는 전체 두께에 걸친 용융, 방화상 해로운 변형, 뒷면의 균열이 전혀 없고 잔염이나 발연도 발생하지 않았다. 대조구로 사용한 석면 펄라이트판과 동등한 성능을 발휘하였다.
연소에 따른 중량감소율, 총열방출량, 최대열방출률 및 가스유해성을 조사하였다. 연소 개시 5분 시점에서 대나무숯 성형보드의 총열방출률은 3 MJ/m2(기준 8 MJ/m2)이며, 최대열방출률은 20 kW/m2(기준 200 MJ/m2)를 나타내어 난연3급의 난연재료의 성능을 만족하였다. 연소 과정에서 전체 두께에 걸친 용융, 방화상 해로운 변형, 뒷면의 균열이 전혀 없고 잔염이나 발연도 발생하지 않았으며, 연소가스에 의한 유해성은 나타나지 않았다.
연소 개시 5분 시점에서 대나무숯 성형보드의 총열방출률은 3 MJ/m2(기준 8 MJ/m2)이며, 최대열방출률은 20 kW/m2(기준 200 MJ/m2)를 나타내어 난연3급의 난연재료의 성능을 만족하였다. 연소 과정에서 전체 두께에 걸친 용융, 방화상 해로운 변형, 뒷면의 균열이 전혀 없고 잔염이나 발연도 발생하지 않았으며, 연소가스에 의한 유해성은 나타나지 않았다. 결론적으로, 대나무숯 성형보드는 인테리어용 건축재료로 사용이 가능한 것으로 판단되었다.
총열방출률과 최대열방출률의 결과를 종합적으로 판단해 볼 때, 대나무숯 성형보드는 난연3급의 난연재료에 해당되는 것으로 판단된다.
대나무숯 성형보드는 5분 경과시 3 MJ/m2로 난연3급(난연)의 기준을 만족하였으나, 10분 경과시 11 MJ/m2로 난연 2급(준불연)의 기준을 만족시키지 못하였다. 최대열 방출률의 측정 결과(Fig. 5) 합판은 5분 경과 시점에서는 난연3급의 기준을 만족하였으나 8분 지점에서 200 kW/m2를 초과하여 난연2급 기준을 만족하지 못하였다. 죽탄보드, 대나무숯 성형보드 및 석고보드는 10분 경과 후에도 10초 이상 연속적으로 200 kW/m2 를 초과하지 않았다.
Table 2에 콘칼로리미터에 의한 연소시험 과정에서 각 시료의 시간에 따른 중량감소율을 나타내었다. 합판의 중량감소율은 연소 개시 5분 경과 후 15%, 10분 후 50%, 15분 후 71%로 연소에 따른 중량감소가 매우 큰 가연성 재료였다. 석고보드의 중량감소율은 연소 개시 5분 경과 후 9%, 10분 후 16%, 15분 후 19%로 연소에 따른 중량감소가 매우 적은 불연성 재료였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일본산 죽탄보드의 단점은?
小幡 등(2001)은 대나무숯을 이용한 경량의 죽탄보드(bamboo charcoal board)를 제조하여 포름알데히드와 같은 VOC를 흡착 제거하는데 매우 효과적임을 보고하였다. 일본산 죽탄보드는 대나무 숯, 발포 화산석, 고지 및 피혁계 접착제를 원료로 성형 제조되는데, 가볍고 VOC 흡착성은 우수하나 불에 쉽게 타는 단점이 있는 것으로 알려져 있다. 井出 등(1991))은 그라파이트․페놀․포름알데히드수지 열경화성 탄소분립체(GPS)를 양면 적층한 파티클보드가 1시간 내화가 가능한 판상재료로써의 성능을 나타낸다고 하였으며, 또한, 井出 등(1994))은 대나무숯과 페놀․포름알데히드수지(PF)로 열경화성 탄소과립체(CPS)를 조제한 다음, 이 CPS로 복합보드를 제조하고 보드의 난연, 내화성능 및 전자파차폐성능을 측정하여 고기능성 탄소복합재료의 가능성을 보고하였다.
대나무숯 성형보드가 인테리어용 건축재료로 사용가능하다고 판단한 이유는?
연소 개시 5분 시점에서 대나무숯 성형보드의 총열방출률은 3 MJ/m2 (기준 8 MJ/m2)이며, 최대열방출률은 20 kW/m2 (기준 200 MJ/m2)를 나타내어 난연3급의 난연재료의 성능을 만족하였다. 연소 과정에서 전체 두께에 걸친 용융, 방화상 해로운 변형, 뒷면의 균열이 전혀 없고 잔염이나 발연도 발생하지 않았으며, 연소가스에 의한 유해성은 나타나지 않았다. 결론적으로, 대나무숯 성형보드는 인테리어용 건축재료로 사용이 가능한 것으로 판단되었다.
대나무숯의 원료는 무엇인가?
대나무숯과 발포질석을 5 : 5(중량비)로 혼합하여 대나무숯 성형보드를 제조하였다. 대나무숯의 원료는 1,000°C 부근에서 제조된 국산 죽순대이며, 성형 보드의 난연성능의 향상을 위해 1,200°C에서 발포된 경량의 발포질석이 사용되었다. 발포질석은 매우 가볍고 불에 타지 않으며 내구성이 반영구적이어서 경량패널, 흡음판, 내화단열용 건축패널 등 다양한 제품에 널리 응용되고 있다.
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