[국내논문]비스-디메틸아미노메틸 포스핀산과 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산 유도체에 의해 처리된 중밀도 섬유판의 연소특성 Combustive Properties of Medium Density Fibreboards (MDF) Treated with Bis-(Dimethylaminomethyl) Phosphinic Acid and Alkylenediaminoalkyl-Bis-Phosphonic Acids원문보기
이 연구에서는 비스-디알킬아미노알킬 포스핀산(DMDAP), N,N-디메틸렌디아미노메틸-비스-포스폰산(DMDEDAP), 피페라지노메틸-비스-포스폰산(PIPEABP), 메틸피페라지노메틸-비스-포스폰산(MPIPEABP)의 화학 첨가제로 처리된 중밀도 섬유판(MDF)의 연소성을 시험하였다. 15 wt%의 화학 첨가제 수용액으로 MDF에 3회 붓칠하여 실온에서 건조시킨 후, 콘칼로리미터(ISO 5660-1), 방염성능 시험(소방방재청 고시 제 2012-34호), 휘발성 유기 화합물측정시험(KS M ISO 11890-2)을 이용하여 그의 연소성을 시험하였다. 그 결과, 비스-디메틸아미노메틸 포스피닉산과 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 섬유판은 연소속도 감소에 의하여 무처리한 섬유판에 비해 긴 연소시간 = (442~492) s을 나타내었다. 게다가 탄화면적과 탄화길이는 각각 $(44.33{\sim}61.33)cm^2$와 (10.33~11.67) cm로서 무처리한 시험편보다 높게 측정되었다. 또한 화학 첨가제 수용액으로 처리한 섬유판의 휘발성 유기화합물은 규정 한도내에서 (0.188~0.333) g/L으로 발생하였으며, 무처리한 시험편의 휘발성 유기화합물 보다 높게 나타났다. 따라서 비스-디알킬아미노알킬 포스폰산과 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리된 섬유판은 무처리한 섬유판보다 난연성을 부분적으로 향상시킨 것으로 판단 된다.
이 연구에서는 비스-디알킬아미노알킬 포스핀산(DMDAP), N,N-디메틸렌디아미노메틸-비스-포스폰산(DMDEDAP), 피페라지노메틸-비스-포스폰산(PIPEABP), 메틸피페라지노메틸-비스-포스폰산(MPIPEABP)의 화학 첨가제로 처리된 중밀도 섬유판(MDF)의 연소성을 시험하였다. 15 wt%의 화학 첨가제 수용액으로 MDF에 3회 붓칠하여 실온에서 건조시킨 후, 콘칼로리미터(ISO 5660-1), 방염성능 시험(소방방재청 고시 제 2012-34호), 휘발성 유기 화합물측정시험(KS M ISO 11890-2)을 이용하여 그의 연소성을 시험하였다. 그 결과, 비스-디메틸아미노메틸 포스피닉산과 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리한 섬유판은 연소속도 감소에 의하여 무처리한 섬유판에 비해 긴 연소시간 = (442~492) s을 나타내었다. 게다가 탄화면적과 탄화길이는 각각 $(44.33{\sim}61.33)cm^2$와 (10.33~11.67) cm로서 무처리한 시험편보다 높게 측정되었다. 또한 화학 첨가제 수용액으로 처리한 섬유판의 휘발성 유기화합물은 규정 한도내에서 (0.188~0.333) g/L으로 발생하였으며, 무처리한 시험편의 휘발성 유기화합물 보다 높게 나타났다. 따라서 비스-디알킬아미노알킬 포스폰산과 알킬렌디아미노알킬-비스-포스폰산으로 처리된 섬유판은 무처리한 섬유판보다 난연성을 부분적으로 향상시킨 것으로 판단 된다.
This study was performed to test the combustive properties of Medium Density Fibreboards (MDFs) treated with chemicals of the bis-(dimethylaminomethyl) phosphinic acid (DMDAP), N,N-dimethylethylenediaminomethyl-bis-phosphonic acid (DMDEDAP), piperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP), and methyl...
This study was performed to test the combustive properties of Medium Density Fibreboards (MDFs) treated with chemicals of the bis-(dimethylaminomethyl) phosphinic acid (DMDAP), N,N-dimethylethylenediaminomethyl-bis-phosphonic acid (DMDEDAP), piperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP), and methylpiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (MPIPEABP). MDFs were painted in three times with 15 wt% solution of the bis-(dimethylaminomethyl) phosphinic acid and alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acids at the room temperature, respectively. After drying MDF treated with chemicals, combustive properties and volatile organic compounds (VOCs) contents were examined by the cone calorimeter (ISO 5660-1), test for flame retardant (NEMA Notice No. 2012034), and gas chromatography (KS M ISO 11890-2), respectively. It was indicated that the MDFs treated with chemicals showed the longer time to combustion time (CT) = (442~492) s than that of virgin plate by reducing the burning rate except for CT treated with DMDAP. In adition, the MDFs treated with chemicals showed both of the higher char area (44.33~61.33) kg/kg and char length (10.33~11.67) cm than those of virgin plate. Especially, the MDFs treated with chemicals showed the higher mean volatile organic compounds (VOCs) (0.188~0.333) g/L than that of virgin plate within the prescribed limits. Thus, It is supposed that the combustion- retardation properties were improved by the partial due to the treated chemicals in the virgin MDF.
This study was performed to test the combustive properties of Medium Density Fibreboards (MDFs) treated with chemicals of the bis-(dimethylaminomethyl) phosphinic acid (DMDAP), N,N-dimethylethylenediaminomethyl-bis-phosphonic acid (DMDEDAP), piperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP), and methylpiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (MPIPEABP). MDFs were painted in three times with 15 wt% solution of the bis-(dimethylaminomethyl) phosphinic acid and alkylenediaminoalkyl-bis-phosphonic acids at the room temperature, respectively. After drying MDF treated with chemicals, combustive properties and volatile organic compounds (VOCs) contents were examined by the cone calorimeter (ISO 5660-1), test for flame retardant (NEMA Notice No. 2012034), and gas chromatography (KS M ISO 11890-2), respectively. It was indicated that the MDFs treated with chemicals showed the longer time to combustion time (CT) = (442~492) s than that of virgin plate by reducing the burning rate except for CT treated with DMDAP. In adition, the MDFs treated with chemicals showed both of the higher char area (44.33~61.33) kg/kg and char length (10.33~11.67) cm than those of virgin plate. Especially, the MDFs treated with chemicals showed the higher mean volatile organic compounds (VOCs) (0.188~0.333) g/L than that of virgin plate within the prescribed limits. Thus, It is supposed that the combustion- retardation properties were improved by the partial due to the treated chemicals in the virgin MDF.
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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, 콘칼로리미터 (ISO 5660-1)(19)를 이용하여 연소시간(combustion time)을 측정하고, 방염성능 시험(소방방재청 고시 제 2012-34호)(26) 및 방염액의 VOCs 함량 분석(KS M ISO 11890-2)(25)을 통하여 난연제 설계의 기초적인 정보를 제시하고자 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 내열성, 소재와의 친화성이 뛰어난 형태의 효율 높은 감연성을 제공하기 위해, 인 화합물에 질소 화합물과 수산기 및 이온성을 부여하여 그들의 시너지 효과를 통해 이러한 문제점을 해결할 수 있다고 판단하였다.
제안 방법
또한 친환경 방염제의 방염성능 및 유해안전성 측면에서 신뢰성 확보 및 방염처리 기술개발을 위한 기초자료로 활용하기 위한 것으로 성분분석을 통한 방염액의 GC-FID를 활용하여 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs) 성분검사를 실시한다.
본 연구에서 선정된 시험편은 콘칼로리미터에 수평으로 설치하고 외부 점화장치를 부착한 상태로 25 kW/m2 외부 열 유속에 수십 분 동안 노출시켜 착화되는 시간과 착화된 시료로부터 열방출률 및 연기 관련 지수를 구하였다.
순수 MDF의 함수율은 일정량의 시료를 105 ℃의 건조기에서 장시간 건조시키면서 시료의 중량을 4 h 간격으로 더 이상 중량변화가 없을 때까지 측정하고 계산하였다(27).
본 연구에서는 수행한 방염제는 도료 중 하나이므로 VOC 측정을 통해 방염제의 친환경성 시험을 수행하였다.
1종의 비스-디알킬아미노알킬 포스폰산과 3 종의 알킬렌디아미노알킬-비스-포스포닉산으로 처리한 MDF의 연소특성에 관한 실험을 ISO 5660-1 표준에 따른 콘칼로리 미터 시험, 방엽성능시험 평가(소방방재청 고시 제 2012-34호), 휘발성 유기화합물 측정시험(KSM ISO 11890-2)을 이용하여 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 실험에서 사용된 난연제는 인-질소(P-N) 구조의 기 보고된 bis-(dialkylaminoalkyl) phosphinic acid계인 Scheme 1(21)의 [bis-(dimethylaminomethyl) phosphinic acid (DMDAP) 1]와 alkylenediaminoalkyl-bisphosphonic acid계인 Scheme 2(22)의 N,N-dimethylethylenediaminomethyl-bisphosphonic acid (DMDEDAP) #, piperazinomethyl-bisphosphonic acid (PIPEABP) #, methylpiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (MPIPEABP) #를 택하여 그들의 효과를 비교하였다.
VOCs의 성분은 각 화합물에 대하여 Dimethyl carbonate, Benzene, Toluene, p-Chlorobenzotrifluoride, Ethylbenzene, Diethylene glycol dimethyl ether, 2-Ethylhexanol이 공통적으로 발생하였고, m,p-Xylene, o-Xylene은 MPIPEABP를 제외하고 DMDAP, DMEDAP, PIPEABP에 대하여 발생하였다.
대상 데이터
본 연구에 시험편으로 사용된 중밀도섬유판(Ultra Super Board, USB)은 밀도 550 kg/m3로서 시중에서 일반 건자재용을 구입하여 사용하였다.
시험편은 단열재인 저밀도 유리섬유를 이용하여 높이를 조절하였으며, 시편 홀더로의 열손실을 감소시키기 위하여 전도도가 낮은 고밀도 세라믹판 재료로 절연시켰다.
화학 첨가제의 농도는 모든 시험편에 대하여 15 wt%로 일정하게 조절하였다. 공시편은 같은 목재를 증류수로 붓칠한 후 위와 같은 방법으로 건조시켜 비교 데이터로 이용하였다. MDF 시험편에 DMDAP #, MDEDAP #, PIPEABP #, MPIPEABP #를 처리한 시험편의 무게는 각각 51.
이론/모형
방염성능시험은 소방방재청 고시 제 2012-34호(2012. 2. 9) 방염성능의 기준(24)에 의하여 진행하였다.
연소특성 시험은 ISO 5660-1의 방법에 의해 dual cone calorimeter (Fire Testing Technology)를 이용하여 열유속(heat flux) 25 kW/m2 조건에서 수행 하였다 .
도료와 바니시 및, 원료 물질의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 측정하는 시험 방법인 KSM ISO 11890-2(25)에 준하여 시험을 실시하였다.
Mwt: 희석용제의 수분함량(wt%), 이때 Mw와 Mwt는 KS M 5000(시험방법 2261)(29) 또는 KS M ISO 0034(30)의 칼 피셔적정법에 따라 시험한다.
성능/효과
시험편(1~4)에서 탄화길이는 (10.33~11.67) cm으로서 무처리한 시험편의 탄화길이(전소하여 없음)에 비하여 높게 나타났고, 특히 DMDAP(1), DMDEDAP(2)로 처리한 경우는 동일한 11.67 cm로서 더 높았다.
여기에서 DMDAP, DMEDAP, PIPEABP, MPIPEABP로 처리한 VOCs의 측정값은(0.188~0.333) g/L으로서 각각 특별한 차이가 없으며, 목조문화재용 방염제 검정기준 지침(KSM ISO 11890-2)에 의하여 VOCs 함량(50 g/L 이내, head space법) 기준(25)에 적합하였다.
2) MDF에 DMEDAP, PIPEABP, MPIPEABP이 처리된 시험편에서 탄화면적은 (44.33~48.00) cm2으로서 무처리한 시험편의 탄화면적(전소하여 없음)에 비하여 높게 나타났다.
1) MDF에 P-N-N-P 구조의 DMEDAP, PIPEABP, MPIPEABP로 처리한 경우 연소시간이 442 s~492 s로서 P-N-P 구조의 DMDAP(394 s)를 제외하고 무처리 시험편의 연소시간(409 s)보다 평균 8~20%의 긴 시간으로 측정되었다.
또한 이들 시험편의 탄화길이는 (10.33~11.67) cm로서 무처리한 시험편의 탄화길이(전소하여 없음)에 비하여 높게 나타났고, 이들은 소방방재청 고시 제 2012-34호(2012. 2. 9) 방염성능시험 평가기준(탄화길이 20cm 이내)보다 짧은 거리로 측정되었으므로 적합하였다.
4) DMDAP, DMEDAP, PIPEABP, MPIPEABP로 처리한 VOCs의 측정값은 (0.188~0.333) g/L으로서 각각 특별한 차이가 없으며, 목조문화재용 방염제 검정기준 지침 (KSM ISO 11890-2)에 의하여 VOCs 함량(50 g/L 이내, head space법) 기준에 적합하였다.
3) DMEDAP, PIPEABP, MPIPEABP로 MDF에 처리된 시험편의 잔염시간(AFT)은 0 s로서 시험편에 불이 붙지 않는 것으로서 난연효과가 탁월한 것으로 판단된다.
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