이 연구에서는 피페라지노메틸-비스-포스폰산, 메틸피페라지노메틸-비스-포스폰산, N,N-디메틸렌디아미노메틸-비스-포스폰산으로 처리된 리기다 소나무의 연소성을 시험하였다. 15 wt%의 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산 수용액으로 리기다 소나무에 3회 붓칠하여 실온에서 건조시킨 후, 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 그의 연소성을 시험하였다. 그 결과, 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 무처리 시험편에 비하여 그의 연소 억제성을 부분적으로 증가시켰다. 특히 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 연소속도 감소에 의하여 무처리 시험편에 비해 각각 지연된 착화시간(148-116 s)과 긴 불꽃소멸시간(633-529 s)을 나타내었다. 따라서 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 순수 리기다 소나무 시험편에 비하여 부분적으로 낮은 연소성질을 나타내었다. 그러나 피페라지노메틸-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 무처리 시험편에 비해 각각 높은 최대열방출률(187.56 $kW/m^2$)과 높은 총 열방출률(75.7 $MJ/m^2$)을 나타내었다.
이 연구에서는 피페라지노메틸-비스-포스폰산, 메틸피페라지노메틸-비스-포스폰산, N,N-디메틸렌디아미노메틸-비스-포스폰산으로 처리된 리기다 소나무의 연소성을 시험하였다. 15 wt%의 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산 수용액으로 리기다 소나무에 3회 붓칠하여 실온에서 건조시킨 후, 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 그의 연소성을 시험하였다. 그 결과, 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 무처리 시험편에 비하여 그의 연소 억제성을 부분적으로 증가시켰다. 특히 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 연소속도 감소에 의하여 무처리 시험편에 비해 각각 지연된 착화시간(148-116 s)과 긴 불꽃소멸시간(633-529 s)을 나타내었다. 따라서 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 순수 리기다 소나무 시험편에 비하여 부분적으로 낮은 연소성질을 나타내었다. 그러나 피페라지노메틸-비스-포스폰산으로 처리한 시험편은 무처리 시험편에 비해 각각 높은 최대열방출률(187.56 $kW/m^2$)과 높은 총 열방출률(75.7 $MJ/m^2$)을 나타내었다.
This study was performed to test the combustive properties of Pinus rigida plates treated with piperazinomethyl-bisphosphonic acid (PIPEABP), methylpiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (MPIPEABP), and N,N-dimethylethylenediaminomethyl- bis-phosphonic acid (MDEDAP). Pinus rigida specimens were painte...
This study was performed to test the combustive properties of Pinus rigida plates treated with piperazinomethyl-bisphosphonic acid (PIPEABP), methylpiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (MPIPEABP), and N,N-dimethylethylenediaminomethyl- bis-phosphonic acid (MDEDAP). Pinus rigida specimens were painted in three times with 15 wt% alkylenediaminoalkyl- bis-phosphonic acid solutions at the room temperature. After drying specimen treated with chemicals, combustive properties were examined by the cone calorimeter (ISO 5660-1). As a result, the combustion-retardation properties were increased by due to the treated alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acid solutios in the virgin Pinus rigida. Especially, the specimens treated with chemicals showed both the later time to ignition (TTI) (148-116 s) and longer time to flameout (Tf) (633-529 s) than those of virgin plate by reducing the burnig rate. Compared with virgin pinus rigida plate, the specimens treated with the alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acids showed partially low combustive properties. However the specimens treated with PIPEABP showed both the higher peak heat release rate (PHRR) (187.56 $kW/m^2$) and higher total heat release rate (THRR) (75.7 $MJ/m^2$) than those of virgin plate.
This study was performed to test the combustive properties of Pinus rigida plates treated with piperazinomethyl-bisphosphonic acid (PIPEABP), methylpiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (MPIPEABP), and N,N-dimethylethylenediaminomethyl- bis-phosphonic acid (MDEDAP). Pinus rigida specimens were painted in three times with 15 wt% alkylenediaminoalkyl- bis-phosphonic acid solutions at the room temperature. After drying specimen treated with chemicals, combustive properties were examined by the cone calorimeter (ISO 5660-1). As a result, the combustion-retardation properties were increased by due to the treated alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acid solutios in the virgin Pinus rigida. Especially, the specimens treated with chemicals showed both the later time to ignition (TTI) (148-116 s) and longer time to flameout (Tf) (633-529 s) than those of virgin plate by reducing the burnig rate. Compared with virgin pinus rigida plate, the specimens treated with the alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acids showed partially low combustive properties. However the specimens treated with PIPEABP showed both the higher peak heat release rate (PHRR) (187.56 $kW/m^2$) and higher total heat release rate (THRR) (75.7 $MJ/m^2$) than those of virgin plate.
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문제 정의
본 연구에서는 목재의 효과적인 활용에 대한 화재 위험성을 개선하기 위하여 전술한 방법 중 목질재료의 특성상 화학 첨가제를 첨가하는 방법을 택하였고, cone calorimeter (ISO 5660-1)를 이용하여 착화성, 열방출률 관련 값을 측정하여 비교 하여 난연제 설계의 기초적인 정보를 제시하고자 한다.
제안 방법
본 실험에서 사용된 난연제는 인-질소(P-N) 구조의 기 보고된 scheme 1(21), 2(22)의 piperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP) 1, methylpiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (MPIPEABP) 2, N,N-dimethylethylenediaminomethylbis-phosphonic acid (MDEDAP) 3, bis-(dimethylaminomethyl) phosphinic acid (DMDAP) 4을 택하여 그들의 효과를 비교하였다.
본 연구에서 선정된 시험편은 콘칼로리미터에 수평으로 설치하고 외부 점화장치를 부착한 상태로 25 kW/m2 외부열 유속에 수십 분 동안 노출시켜 착화되는 시간과 착화된 시료로부터 열방출률 및 연기 관련 지수를 구하였다.
시편홀더는 수평방향으로 위치시켰다. 시편의 체적밀도는 시험하기 전에 부피와 무게를 측정하여 계산하였다. 연소시험은 지속적인 불꽃 연소가 시작된 때부터 30 min 경과 후에 종료하였으며, 추가로 2 min간의 데이터 수집시간을 부여하였다.
총열방출률(total heat released rate, THRR)은 각 실험에서 실험재료의 연소로 인해 방출된 열량으로서 시료 표면적당 시간에 대한 함수로 표현되는 열방출을 주어진 시간을 적분하여 계산하였다. Table 2 및 Figure 3에 나타난 바와 같이 MPIPEABP를 처리한 경우, THRR 값이 53.
대상 데이터
화학 첨가제의 농도는 모든 시험편에 대하여 15 wt%로 일정하게 조절하였다. 공시편은 같은 목재를 증류수로 붓칠한 후 위와 같은 방법으로 건조시켜 비교 데이터로 이용하였다.
화학적 첨가제로서 alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acid derivatives(21)와 DMDAP(22)는 기 합성된 것을 사용하였다. 그리고 앞의 연구에서 DMDAP를 사용하여 시험한 연소성질(24) 일부를 참고하였다. 기타 시약은 Samchun Pure Chemical Co.
사용한 시험편의 두께는 10 mm로서 크기는 100 mm×100 mm (#±) 의 규격으로 제작하였으며, 시험조건은 온도 23±2 ℃, 상대습도 50±5%에서 함량이 될 때까지 유지한 다음 알루미늄 호일로 비노출면을 감싼다.
시험편은 단열재인 저밀도 유리섬유를 이용하여 높이를 조절하였으며, 시편 홀더로의 열손실을 감소시키기 위하여 전도도가 낮은 고밀도 세라믹판 재료로 절연시켰다. 시편홀더는 수평방향으로 위치시켰다.
연구에 사용된 시험편은 리기다 소나무로서 시중에서 일반 건자재용을 구입하였다. 이 시험목은 제재 작업 전 1 yr 동안 자연건조 되었다.
이 시험목은 제재 작업 전 1 yr 동안 자연건조 되었다. 화학적 첨가제로서 alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acid derivatives(21)와 DMDAP(22)는 기 합성된 것을 사용하였다. 그리고 앞의 연구에서 DMDAP를 사용하여 시험한 연소성질(24) 일부를 참고하였다.
이론/모형
3 종의 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산과 1종의 비스디알킬아미노알킬 포스폰산으로 처리한 리기다 소나무 시험편의 연소특성에 관한 실험을 ISO 5660-1 표준에 따른 콘칼로리미터를 이용하여 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
연소특성 시험은 ISO 5660-1의 방법에 의해 dual cone calorimeter (Fire Testing Technology)를 이용하여 열 유속(heat flux) 25 kW/m2 조건에서 수행 하였다(19). 사용한 시험편의 두께는 10 mm로서 크기는 100 mm×100 mm (#±) 의 규격으로 제작하였으며, 시험조건은 온도 23±2 ℃, 상대습도 50±5%에서 함량이 될 때까지 유지한 다음 알루미늄 호일로 비노출면을 감싼다.
성능/효과
1) 착화시간은 리기다 소나무에 화학 첨가제인 PIPEABP, MPIPEABP, DMEDAP을 처리한 경우, TTI 값이 각각 148-116 s로서 무처리 시험편의 TTI의 값(65 S)보다 매우 증가하였다. 이것은 시험편의 연소 시 알킬렌디아미노알킬비스-포스폰산을 구성하고 있는 P-N-N-P의 분자구조에 의한 연소억제 효과로 설명될 수 있다.
2) 화학 첨가제로 처리된 시험편에 대하여 HRRpeak은 154.20~170.52 kW/m2으로 무처리 시험편의 HRRpeak=170.34 kW/m2(at 300 s)에 비하여 낮게 나타났다. 이것은 숯의 생성에 의한 연소억제 효과에 의해 HRRpeak이 낮아진 것으로 설명된다.
3) PIPEABP, MIPEABP로 처리한 시험편의 유효연소열은 각각 15.60 MJ/kg, 14.54 MJ/kg로서 무처리 시험편 (18.92 MJ/kg)보다 낮았다. 이것은 것은 전술한 바와 같이 HPO3의 생성에 의한 숯불표면에 유리(glass)상의 피막을 이루어 공기 중의 산소(O2) 차단효과로 그의 연소억제 효과가 나타냄으로 판단된다.
4) PIPEABP, MPIPEABP, DMEDAP를 처리한 시험편은 불꽃소멸시간이 각각 633, 529, 532 s로서 무처리 시험편의 Tf의 값(459 s)보다 긴 시간 동안 연소하였다. 이것은 앞서 설명된 P-N-N-P 구조의 연소억제 효과로 상당한 시간동안 연소시간이 유지되는 것으로 이해된다.
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