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문제 정의
- 건축물의내장재로 사용되는제품의경우방염성능기준에대한부합성도 중요하지만 화재 발생 시에 발생되는 인명피해의 대부분은 화재연소 과정에서 발생되는 유독가스와 연기 등에 의한 피해가 주 요인이기 때문에 실험과정에서 시료의 연소로 인해 발생되어지는 연소가스와 부산물들에 의한 유독성을 함께 고려하여야 할 필요성 또한 존재하는 것으로 생각되어 이에 대한 평가도 진행하였다. DS 02-713 방법에 의해 방염처리된 시료들의 독성을 평가하여 그 결과를 Table 6에 정리하였다.
- 따라서 본 연구에서는 시중에 유통되는 대표적인 방염액과 방염 도료, 방염필름, 일반필름을 MDF합판에 적용시켜 방염성능 평가기준에 근거하여 방염성능 및 연소성상을 통한 독성지수를 비교하여 분석하여 보았다.
제안 방법
- 이 때 탄화면적의 측정은 digital planimeter인 KOIZUMI사의 KP-90N 기기를 이용하였다. 또한, 방염처리된 시료가 연소할 때 발생되어지는 연소가스에 대한 분석실험을 DS 02-713(Defence Standard 02-713) 방법에 의해 진행하여 유독성을 평가하였는데 테스트 챔버와 시료 등을 DS 02-713 방법에 근거하여 준비하고 실험하였으며 가스의 측정은 가스 검지관을 테스트 챔버 내에 삽입하여 분석하였고 Madur사의 가스분석장치인 GA-21plus를 이용하였는데 장치 및 장치의 구성요소와 규격은 Fig. 2와 Table 2에 나타내었다[15].
- 시료가 연소할 때 발생하는 연소가스의 분석실험에는 각각의 시료가 화염에 가열되는 면적을 동일하게 하고자 0.02 m × 0.02 m로 절단하여 23±2℃, 상대습도 50±5%의 조건에서 24시간 보관한 후 실험에 사용하였는데 연소 챔버 바닥 중앙에 위치한 시편지지대에 시편을 올려놓고 버너 불꽃의 길이를 100 mm 정도로 유지시켜서 시편에 노출되도록 하였으며 연소 챔버의 밀폐를 확인하고 강제배출장치가 꺼져 있는 것을 확인한 다음 연소 챔버 우측에 위치한 가스 검지관 삽입구를 통해 가스 검지관을 삽입하고 버너에 연료를 공급함과 동시에 점화시킨 다음 시간을 측정하였다.
- 시료는 실험장비 내의 시험체 받침틀 내에 느슨하지 않게 고정시킨 후 버너의 불꽃길이가 65 mm가 되도록 한 뒤 불꽃 끝이 시편 중앙하단에 접하도록 하였고 가열은 시료에 대해 2분간 진행하였으며 가열시간 중에 착염되는 시료에 대해서는 착염한 후부터 2초 후에 버너를 제거하였다, 방염성능 평가기준은 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리며 연소하는 상태가 그칠때까지의 시간을 의미하는 잔염시간이 10초 이내, 버너의 불꽃을 제거한 때부터 불꽃을 올리지 아니하고 연소하는 상태가 그칠 때까지의 시간(잔염이 생기는 동안의 시간은 제외)을 의미하는 잔신시간이 30초 이내, 불꽃에 의해 탄화된 면적이 50 cm2 이내, 불꽃에 의해 탄화된 길이를 의미하는 탄화 길이가 20cm 이내이어야 한다. 이 때 탄화면적의 측정은 digital planimeter인 KOIZUMI사의 KP-90N 기기를 이용하였다.
- 연소가스 분석실험에는 각각의 시료가 화염에 가열되는 면적을 동일하게 하고자 0.02 m × 0.02 m(2~3 g)로 절단하여 23±2℃, 상대습도 50±5%의 조건에서 24시간 보관한 후 실험에 사용하였다.
- 연소시간은 시료가 충분히 연소할 수 있도록 자유 연소시킨 후 그 시간을 기록하고 버너를 끈 후 30초 동안 혼합 팬을 작동시킨 후 즉시 연소 챔버로부터 가스 검지관에 의해 5분간 가스농도를 분석하였다. 연소가스의 농도에 대한 분석은 각각의 시료마다 3회의 실험을 통해 얻어진 값을 평균 하여 사용하였으며 가스분석이 끝나면 연소 챔버의 문을 열고 강제배출장치를 가동시켜 연소 챔버 내의 잔류 연소생성물을 완전히 배출시키고 3분 이상 강제배출을 진행하였다. 이 때 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NOx)의 농도는 실험 전 연소 챔버 내에서 버너의 불꽃을 1150±50℃로 조정한 다음 점화하고 1분간 자유 연소시킨 후 연료를 차단하고 30초 동안 순환 팬을 작동시킨 후 가스농도를 분석하여 이 값을 실험값에 보정하여 사용하였다.
- 02 m로 절단하여 23±2℃, 상대습도 50±5%의 조건에서 24시간 보관한 후 실험에 사용하였는데 연소 챔버 바닥 중앙에 위치한 시편지지대에 시편을 올려놓고 버너 불꽃의 길이를 100 mm 정도로 유지시켜서 시편에 노출되도록 하였으며 연소 챔버의 밀폐를 확인하고 강제배출장치가 꺼져 있는 것을 확인한 다음 연소 챔버 우측에 위치한 가스 검지관 삽입구를 통해 가스 검지관을 삽입하고 버너에 연료를 공급함과 동시에 점화시킨 다음 시간을 측정하였다. 연소시간은 시료가 충분히 연소할 수 있도록 자유 연소시킨 후 그 시간을 기록하고 버너를 끈 후 30초 동안 혼합 팬을 작동시킨 후 즉시 연소 챔버로부터 가스 검지관에 의해 5분간 가스농도를 분석하였다. 연소가스의 농도에 대한 분석은 각각의 시료마다 3회의 실험을 통해 얻어진 값을 평균 하여 사용하였으며 가스분석이 끝나면 연소 챔버의 문을 열고 강제배출장치를 가동시켜 연소 챔버 내의 잔류 연소생성물을 완전히 배출시키고 3분 이상 강제배출을 진행하였다.
- 이 때 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NOx)의 농도는 실험 전 연소 챔버 내에서 버너의 불꽃을 1150±50℃로 조정한 다음 점화하고 1분간 자유 연소시킨 후 연료를 차단하고 30초 동안 순환 팬을 작동시킨 후 가스농도를 분석하여 이 값을 실험값에 보정하여 사용하였다.
대상 데이터
- 009 m로 되어진 MDF를 실험재료로 사용하였으며 표면에 아무런 처리가 되어있지 않은 MDF목재 시료와 이 목재시료 위에 방염액을 도포하거나 방염필름을 부착하여 방염성능을 비교하는 실험에 사용하였다. 방염액은 시중에서 일반적으로 판매되고 적용되는 방염도료와 방염액으로 방염처리 시약으로 선택하여 사용하였으며 이 제품들의 주요성분은 인 화합물계 제품을 적용하였다. 방염필름 및 비방염필름 또한 시중에서 일반적으로 사용되고 있는 A사의 제품을 각각 사용하였으며 실험에 사용된 시료에 대해서는 Table 1에 정리하였다.
- 방염액은 시중에서 일반적으로 판매되고 적용되는 방염도료와 방염액으로 방염처리 시약으로 선택하여 사용하였으며 이 제품들의 주요성분은 인 화합물계 제품을 적용하였다. 방염필름 및 비방염필름 또한 시중에서 일반적으로 사용되고 있는 A사의 제품을 각각 사용하였으며 실험에 사용된 시료에 대해서는 Table 1에 정리하였다. 본 실험에 사용되어진 MDF목재와 방염처리된 시료는 방염성능 측정실험 진행에 앞서 40±2℃ 항온 건조기 안에서 24시간 건조한 후 실리카 겔을 넣은 데시케이터 안에서 2시간 동안 넣어둔 후 실험에 사용하였다.
- 본 실험에 사용되어진 MDF목재와 방염처리된 시료는 방염성능 측정실험 진행에 앞서 40±2℃ 항온 건조기 안에서 24시간 건조한 후 실리카 겔을 넣은 데시케이터 안에서 2시간 동안 넣어둔 후 실험에 사용하였다.
- 본 연구에 사용되어진 MDF목재는 가로 0.29 m × 세로 0.19 m ×두께 0.009 m로 되어진 MDF를 실험재료로 사용하였으며 표면에 아무런 처리가 되어있지 않은 MDF목재 시료와 이 목재시료 위에 방염액을 도포하거나 방염필름을 부착하여 방염성능을 비교하는 실험에 사용하였다.
이론/모형
- MDF목재의 방염 성능평가는 소방시설 설치유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령 제20조 제2항 규정에 의해 방염대상물의 방염성능 기준에 관한 사항을 기술한 방염제의 형식승인 및 검정기술기준 (KOFEIS 0201)에 근거하여 45° 연소시험방법에 의해 45° 연소측정장치를 사용하여 진행하였다[1,14,15].
성능/효과
- Table 6에서 볼 수 있듯이 화재 발생 시 가장 많이 발생하는 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 이산화황(SO2), 황화수소(H2S), 산화질소류(NOx) 등의 연소가스가 모든 시료에서 발생되어짐을 볼수 있으며 방염도료나 방염액으로 처리된 시료가 필름을 사용한 시료에 비해 이산화탄소의 발생은 많으나 일산화탄소의 발생이 적어 상대적으로 독성지수(Toxicity Index)가 낮은 값을 나타내었으며 필름을 사용한 시료 D, E의 일산화탄소 발생이 많은 것으로 주로 폴리염화비닐(PVC, Poly Vinyl Chloride) 재질을 사용하는 필름의 특성상 고분자량의 가연물질로 인해 불완전연소가 진행됨으로서 다량의 일산화탄소가 발생되어지는 것으로 판단되어지며 이로 인해 재실자의 안전에 악영향을 미칠 가능성이 매우 높을 것으로 판단된다. 또한 본 실험 과정과 장치에서는 감지되는 못했으나 PVC의 연소특성 상 발생될것으로 예상되는 염화수소(HCl, Hydrogen Chloride) 등과 같은 유독성 가스들이 발생될 것으로 예상되므로 필름 부착 시료의 경우는 독성지수가 상승할 것으로 생각된다.
- 건축물의 내장재로 많이 사용되는 MDF목재는 화재가 발생할 경우 착화를 지연시키기 위해 방염도료, 방염액, 방염필름 등에 의해 방염처리를 하는데 이러한 방법에 의해 처리된 시료에 대해 방염성능 및 연소가스의 특성에 대해 살펴본 결과 일반 필름을 부착한 시료는 탄화면적에서 기준에 못 미치는 결과를 나타내었고 방염액, 방염도료, 방염필름은 기준을 만족하였다. 화재의 연소과정에서 발생하는 가스들의 유독성에 대한 실험결과 필름을 사용하는 시료는 높은 일산화탄소의 발생과 연기의 생성을 볼 수 있었으며 이는 부착된 PVC필름의 불완전연소에 기인한 것으로 판단되며 상대적으로 높은 독성지수와 위험등급을 나타냄을 확인할 수 있었다.
- 일반적으로 실내 내장재로 사용되는 MDF목재(시료 A)에 대한 방염테스트의 경우 탄화길이는 방염 성능기준 내에서 그 값을 나타내었지만 버너의 불꽃을 제거한 후 시료에 존재하는 잔염이 90초 이상 지속되고 이 잔염이 사라진 후 시료 표면의 잔신 또한 30초 이상이 지속되었고 탄화면적 또한 기준인 50 cm2를 크게 웃도는 결과를 나타내었다. 따라서 일반적인 MDF목재의 경우 방염성능을 갖추고 있지 않음을 알 수 있으며 방염액과 방염도료 및 방염필름을 사용한 시료 B. C, D에 있어서 방염 성능기준을 만족하고 있음을 확인할 수 있었다. 하지만 일반필름을 부착한 시료 E의 경우는 탄화면적에 있어서 방염성능기준을 초과하는 탄화면적을 나타내어 방염성능기준을 충족시키지 못하였다.
- ) 등의 연소가스가 모든 시료에서 발생되어짐을 볼수 있으며 방염도료나 방염액으로 처리된 시료가 필름을 사용한 시료에 비해 이산화탄소의 발생은 많으나 일산화탄소의 발생이 적어 상대적으로 독성지수(Toxicity Index)가 낮은 값을 나타내었으며 필름을 사용한 시료 D, E의 일산화탄소 발생이 많은 것으로 주로 폴리염화비닐(PVC, Poly Vinyl Chloride) 재질을 사용하는 필름의 특성상 고분자량의 가연물질로 인해 불완전연소가 진행됨으로서 다량의 일산화탄소가 발생되어지는 것으로 판단되어지며 이로 인해 재실자의 안전에 악영향을 미칠 가능성이 매우 높을 것으로 판단된다. 또한 본 실험 과정과 장치에서는 감지되는 못했으나 PVC의 연소특성 상 발생될것으로 예상되는 염화수소(HCl, Hydrogen Chloride) 등과 같은 유독성 가스들이 발생될 것으로 예상되므로 필름 부착 시료의 경우는 독성지수가 상승할 것으로 생각된다. 독성지수에 따른 위험등급을 판정해 본 결과 방염액을 사용한 시료 C를 제외한 모든 시료는 최저 등급인 IV를 나타내었으며 방염액을 사용한 시료 C는 이보다는 한등급 낮은 III 등급을 나타내었는데 쉽게 연소하는 MDF의 특성상 연소 시 위험등급이 충분히 낮은 I, II 등급을 얻기는 힘들기 때문에 가스의 유독성 여부에관하여방염처리방법을적용한다면 필름에 의한 방염처리보다는 방염액에 의한 방염처리가 상대적으로 낮은 유독성 가스의 발생을 나타낸다고 할 수 있으며 방염성능과 더불어 고려 하여 선택할 필요성이 있다고 할 것이다.
- 화재의 연소과정에서 발생하는 가스들의 유독성에 대한 실험결과 필름을 사용하는 시료는 높은 일산화탄소의 발생과 연기의 생성을 볼 수 있었으며 이는 부착된 PVC필름의 불완전연소에 기인한 것으로 판단되며 상대적으로 높은 독성지수와 위험등급을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한 적용된 방 염처리 시료 중에서는 방염액을 사용한 시료가 방염성능 기준과 연소가스의 독성지수와 위험등급이 상대적으로 가장 낮은 것으로 확인할 수 있었다
- 방염 성능기준 KOFEIS 1001에 근거한 45°연소시험방법으로 얻어진 실험결과를 Table 5에 정리하였다. 일반적으로 실내 내장재로 사용되는 MDF목재(시료 A)에 대한 방염테스트의 경우 탄화길이는 방염 성능기준 내에서 그 값을 나타내었지만 버너의 불꽃을 제거한 후 시료에 존재하는 잔염이 90초 이상 지속되고 이 잔염이 사라진 후 시료 표면의 잔신 또한 30초 이상이 지속되었고 탄화면적 또한 기준인 50 cm2를 크게 웃도는 결과를 나타내었다. 따라서 일반적인 MDF목재의 경우 방염성능을 갖추고 있지 않음을 알 수 있으며 방염액과 방염도료 및 방염필름을 사용한 시료 B.
- 건축물의 내장재로 많이 사용되는 MDF목재는 화재가 발생할 경우 착화를 지연시키기 위해 방염도료, 방염액, 방염필름 등에 의해 방염처리를 하는데 이러한 방법에 의해 처리된 시료에 대해 방염성능 및 연소가스의 특성에 대해 살펴본 결과 일반 필름을 부착한 시료는 탄화면적에서 기준에 못 미치는 결과를 나타내었고 방염액, 방염도료, 방염필름은 기준을 만족하였다. 화재의 연소과정에서 발생하는 가스들의 유독성에 대한 실험결과 필름을 사용하는 시료는 높은 일산화탄소의 발생과 연기의 생성을 볼 수 있었으며 이는 부착된 PVC필름의 불완전연소에 기인한 것으로 판단되며 상대적으로 높은 독성지수와 위험등급을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한 적용된 방 염처리 시료 중에서는 방염액을 사용한 시료가 방염성능 기준과 연소가스의 독성지수와 위험등급이 상대적으로 가장 낮은 것으로 확인할 수 있었다
후속연구
- 또한 본 실험 과정과 장치에서는 감지되는 못했으나 PVC의 연소특성 상 발생될것으로 예상되는 염화수소(HCl, Hydrogen Chloride) 등과 같은 유독성 가스들이 발생될 것으로 예상되므로 필름 부착 시료의 경우는 독성지수가 상승할 것으로 생각된다. 독성지수에 따른 위험등급을 판정해 본 결과 방염액을 사용한 시료 C를 제외한 모든 시료는 최저 등급인 IV를 나타내었으며 방염액을 사용한 시료 C는 이보다는 한등급 낮은 III 등급을 나타내었는데 쉽게 연소하는 MDF의 특성상 연소 시 위험등급이 충분히 낮은 I, II 등급을 얻기는 힘들기 때문에 가스의 유독성 여부에관하여방염처리방법을적용한다면 필름에 의한 방염처리보다는 방염액에 의한 방염처리가 상대적으로 낮은 유독성 가스의 발생을 나타낸다고 할 수 있으며 방염성능과 더불어 고려 하여 선택할 필요성이 있다고 할 것이다.
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