이 연구에서는 피로인산/암모늄이온, 메틸렌피페라지노메틸-비스-포스폰산, 메틸렌피페라지노메틸-비스-포스폰산/암모늄이온의 화학 첨가제로 처리된 리기다 소나무의 연소 특성을 고찰하였다. 15 wt%의 화학 첨가제 수용액으로 각각 리기다 소나무에 3회 붓칠하여 실온에서 건조시킨 후, 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 연소성을 시험하였다. 그 결과, 화학 첨가제로 처리한 시험편의 최대질량감소율도달시간(PMLR time)은 무처리 시험편에 비교하여 10.5~47.4% 지연되었다. 그리고 최대일산화탄소발생률($CO\;_{peak}$)은 무처리 시험편에 비교하여 32.1~71.4% 증가하였다. 또한 총연기방출률(TSRR)은 화학 첨가제로 처리한 시험편이 무처리한 시험편보다 15.6~43.6% 증가하였다. 특히, 단위면적당 연기방출속도(RSR)에 대하여 $PP/4NH_4{^+}$로 처리한 시험편을 제외하고, 무처리 시험편보다 29.4~41.5% 높게 나타났다. 이와 같이 유기성 화학 첨가제로 처리한 시험편은 연소억제 작용에 의하여 연소시간이 길어짐에 따라 연기방출률이 높았다. 그러나 $PP/4NH_4{^+}$은 무기물 첨가제로서 일부 감연 작용을 하는 것으로 보인다. 따라서 화학 첨가제로 처리한 시험편은 무처리 시험편과 비교하여 연소가스 및 연기발생을 부분적으로 증가시켰다.
이 연구에서는 피로인산/암모늄이온, 메틸렌피페라지노메틸-비스-포스폰산, 메틸렌피페라지노메틸-비스-포스폰산/암모늄이온의 화학 첨가제로 처리된 리기다 소나무의 연소 특성을 고찰하였다. 15 wt%의 화학 첨가제 수용액으로 각각 리기다 소나무에 3회 붓칠하여 실온에서 건조시킨 후, 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 연소성을 시험하였다. 그 결과, 화학 첨가제로 처리한 시험편의 최대질량감소율도달시간(PMLR time)은 무처리 시험편에 비교하여 10.5~47.4% 지연되었다. 그리고 최대일산화탄소발생률($CO\;_{peak}$)은 무처리 시험편에 비교하여 32.1~71.4% 증가하였다. 또한 총연기방출률(TSRR)은 화학 첨가제로 처리한 시험편이 무처리한 시험편보다 15.6~43.6% 증가하였다. 특히, 단위면적당 연기방출속도(RSR)에 대하여 $PP/4NH_4{^+}$로 처리한 시험편을 제외하고, 무처리 시험편보다 29.4~41.5% 높게 나타났다. 이와 같이 유기성 화학 첨가제로 처리한 시험편은 연소억제 작용에 의하여 연소시간이 길어짐에 따라 연기방출률이 높았다. 그러나 $PP/4NH_4{^+}$은 무기물 첨가제로서 일부 감연 작용을 하는 것으로 보인다. 따라서 화학 첨가제로 처리한 시험편은 무처리 시험편과 비교하여 연소가스 및 연기발생을 부분적으로 증가시켰다.
This study was to investigate the characteristics of combustion toxic gases of pinus rigida specimens treated with chemical additives such as pyrophosphoric acid (PP)/ammonuium ion ($NH_4{^+}$), methylenepiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP) and $PIPEABP/NH_4{^+}$. Eac...
This study was to investigate the characteristics of combustion toxic gases of pinus rigida specimens treated with chemical additives such as pyrophosphoric acid (PP)/ammonuium ion ($NH_4{^+}$), methylenepiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP) and $PIPEABP/NH_4{^+}$. Each pinus rigida plates was painted in three times with 15 wt% of each chemical additives in the aqueous solution. After drying these specimens at room temperature, the production of combustion gases and smoke was examined by the cone calorimeter (ISO 5660-1). As a result, the peak mass loss rate time (PMLR time) treated with chemicals was delayed upto 10.5~47.4% compared to that of using untreated specimen. In addition, the peak production of carbon monoxide ($CO\;_{peak}$) of 32.1~71.4% and total smoke release rate (TSRR) of 15.6~43.6% for test pieces treated with the chemical additive were higher than that of using the virgin plate. In particular, for the specimens treated with the chemical additive, the rate of smoke release (RSR) 29.4~41.5% was obtained higher than that of untreated plate except the specimen treated with $PP/4NH_4{^+}$. It can thus be concluded that the treatment using the chemical additive could partially increase the combustion-retardation properties of the species when compared to those of the virgin plate.
This study was to investigate the characteristics of combustion toxic gases of pinus rigida specimens treated with chemical additives such as pyrophosphoric acid (PP)/ammonuium ion ($NH_4{^+}$), methylenepiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP) and $PIPEABP/NH_4{^+}$. Each pinus rigida plates was painted in three times with 15 wt% of each chemical additives in the aqueous solution. After drying these specimens at room temperature, the production of combustion gases and smoke was examined by the cone calorimeter (ISO 5660-1). As a result, the peak mass loss rate time (PMLR time) treated with chemicals was delayed upto 10.5~47.4% compared to that of using untreated specimen. In addition, the peak production of carbon monoxide ($CO\;_{peak}$) of 32.1~71.4% and total smoke release rate (TSRR) of 15.6~43.6% for test pieces treated with the chemical additive were higher than that of using the virgin plate. In particular, for the specimens treated with the chemical additive, the rate of smoke release (RSR) 29.4~41.5% was obtained higher than that of untreated plate except the specimen treated with $PP/4NH_4{^+}$. It can thus be concluded that the treatment using the chemical additive could partially increase the combustion-retardation properties of the species when compared to those of the virgin plate.
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문제 정의
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 내열성, 소재와의 친화성이 뛰어난 형태의 효율 높은 감연성을 제공하기 위해, 인 화합물에 질소 화합물과 수산기를 도입하여 그들의 시너지 효과를 통해 이러한 문제점을 해결하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서 선정된 시험편은 콘칼로리미터에 수평으로 설치하고 외부 점화장치를 부착한 상태로 25 kW/m2 외부 열 유속에 수십 분동안 노출시켜 착화되는 시간과 착화된 시료로부터 착화시간 및 연기 관련 지수를 구하였다.
본 연구에서는 목재의 효과적인 활용에 대한 화재 위험성을 개선하기 위하여 Scheme 1의 인-질소(P-N) 구조의 첨가제를 택하여 첨가하는 방법을 택하였고, cone calorimeter (ISO 5660-1)를 이용하여 착화성, 연소가스 및 연기 관련 값을 측정 비교하였다.
시편홀더는 수평방향으로 위치 시켰다. 시편의 체적밀도는 시험하기 전에 부피와 무게를 측정하여 계산하였다. 연소시험은 지속적인 불꽃 연소가 시작된 때부터 30 min 경과 후에 종료하였으며, 추가로 2 min 간의 데이터 수집시간을 부여하였다.
이 연구에서는 피로인산/암모늄이온, 메틸렌피페라지노메틸-비스-포스폰산, 메틸렌피페라지노메틸-비스-포스폰산/암모늄이온의 화학 첨가제로 처리한 리기다 소나무의 착화성, 연소가스 및 연기발생에 관하여 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 시험하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
화학 첨가제의 농도는 모든 시험편에 대하여 15 wt%로 일정하게 조절하였다. 공시편은 같은 목재를 증류수로 붓 칠한 후 위와 같은 방법으로 건조시켜 비교 데이터로 이용하였다.
본 연구에 사용된 시험편은 리기다 소나무로서 시중에서 일반 건자재용을 구입하였다. 이 시험목은 제재 작업 전 1 yr 동안 자연건조 되었다.
사용한 시험편의 두께는 10 mm로서 크기는 100 mm × 100 mm (±#)의 규격으로 제작하였으며, 시험조건은 온도 23 ± 2 ℃, 상대습도 50 ± 5%에서 항량이 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 위치 시켰다.
화학 첨가제로서 pyrophosphoric acid (PP)/4NH4+ 1와 methyl enepiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP)/4NH4+ #[15], methylenepiperazinomethyl-bis-phosphonic acid (PIPEABP)#[16]는 기합성한 것을 사용하였고, pyrophosphoric acid (PP, 93%)[17] 및 기타 시약은 Junsei 제품의 특급시약을 구입하여 정제 없이 그대로 사용하였다.
이론/모형
연소특성 시험은 ISO 5660-1의 방법[12]에 의해 dual cone calorimeter (Fire Testing Technology)를 이용하여 열유속(heat flux) 25 kW/m2 조건에서 수행하였다. 사용한 시험편의 두께는 10 mm로서 크기는 100 mm × 100 mm (±#)의 규격으로 제작하였으며, 시험조건은 온도 23 ± 2 ℃, 상대습도 50 ± 5%에서 항량이 될 때까지 유지한 다음 알루미늄 호일로 비노출면을 감싼다.
성능/효과
1) 화학 첨가제로 처리한 시험편에 대하여 최대질량감소율도달시간(PMLR time)은 각각 PP/4NH4+ (315 s), PIPEABP (420 s), PIPEABP/ 4NH4+ (360 s)으로서 무처리 시험편(285 s)에 비교하여 10.52~47.36% 지연되었다.
2) 최대일산화탄소발생률(CO peak)은 화학 첨가제로 처리한 시험편에 대하여 0.0037~0.0048 g/s at 580~675 s으로서 무처리 시험편 (0.0028 g/s at 535 s)에 비교하여 32.1~71.4% 증가하였다. 이것은 휘발성물질의 분해속도의 한 측정 방법인 열방출률이 증가하면 CO 가스 수율의 증가가 동반되는 것과 일치한다.
3) 총연기방출률(TSR)은 화학 첨가제로 처리한 시험편(37,6~46.7 m2/m2)이 무처리한 시험편(32.5 m2/m2)보다 15.6~43.6% 증가하였다. 이것은 연소 시 열방출률과 유사한 경향을 보였다.
4) 단위면적당 연기발생속도(RSR)에 대하여 PP/4NH4+ 로 처리한 시험편을 제외하고 1.8935~2.0705 [m2/s]/m2 at 415~435 s으로 무처리 시험편(1.4627 g/s at 315 s)보다 29.4~41.5% 높게 나타났다. 따라서 유기성 화학 첨가제로 처리한 시험편은 연소억제 작용에 의하여 연소 시간이 길어짐에 따라 RSR이 높았다.
5) 이것은 무처리 시험편보다 화학 첨가제 처리 시험편의 표면에 숯의 생성이 용이함으로 인한 후면효과가 우세한 것으로 판단된다. 그러나 PP/4NH4+은 무기물 첨가제로서 일부 감연 작용을 하는 것으로 보인다.
그리고 두 번째 피이크는 시험편의 모든 표면에 열파(thermal wave)가 시험편의 뒤쪽에서 반사됨으로써 시험편의 연소속도가 증가하는 후면효과(back effect)[21]에 의하여 발생한다. 따라서 두 피이크 사이의 최대열방출률은 탄화과정 동안에 걸쳐서 낮아지지만, 궁극적으로 유기분자의 첨가제로 처리한 시험편의 연소속도가 증가하여 2nd-PHRR 값은 높게 나타난다. 여기서 PP/4NH4+ 와 같이 무기물로 구성된 첨가제의 PHRR이 낮은 것은 예상한 바와 같다.
5% 높게 나타났다. 따라서 유기성 화학 첨가제로 처리한 시험편은 연소 억제 작용에 의하여 연소시간이 길어짐에 따라 최대 RSR이 높았다. 그러나 PP/4NH4+ 와 같이 무기물 첨가제는 일부 감연 작용을 하였다.
5% 높게 나타났다. 따라서 유기성 화학 첨가제로 처리한 시험편은 연소억제 작용에 의하여 연소 시간이 길어짐에 따라 RSR이 높았다.
그리고 타지 않은 숯은 빛을 냉각시키는 원인이 되며 불꽃 영역으로부터 불완전연소를 만드는 연기로 되어 탈출한다. 화학 합성물로 처리된 리기다 소나무의 연기 생성 거동은 열방출 영역에서 연기가 생성되었으며, 연기생성 속도는 열방출률이 높은 곳에서 초기 연기 생성 속도보다 증가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열방출률이 중요한 이유는 무엇인가?
이들 중 건자재의 중요한 성질은 연소하는 동안에 발생되는 열방출률(heat release rate)이다. 열방출률은 화재 시에 대상 물질의 잠재 위험성을 나타내기 때문에 중요하다. 열방출률을 측정하기 위하여 많은 기술들이 발전되어 왔는데 그중의 하나가 콘칼로리미터(cone calorimeter)이다[9].
난연제인 유기-질소계 구조의 화합물이 가진 구조와 열 안전성, 내구성에 관한 단점을 보완하기 위해 본 연구에서는 어떤 제안을 하는가?
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 내열성, 소재와의 친화성이 뛰어난 형태의 효율 높은 감연성을 제공하기 위해, 인 화합물에 질소 화합물과 수산기를 도입하여 그들의 시너지 효과를 통해 이러한 문제점을 해결하고자 한다.
목재의 난연화 처리에는 어떤 방법이 사용되는가?
목재의 화재 안전성을 개선하기 위하여 주로 난연화 처리를 한다 [1,2]. 이들 난연화 처리는 인화합물계, 질소화합물계, 붕소화합물계 등을 단독 또는 혼합하여 목재 및 목질재료에 주입, 도포, 침지 등의 방법을 이용한다[3-5].
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