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근적외선분광법을 이용한 플라스틱류의 연소 잔류물 분석
Thermal residues analysis of plastics by FT-near infrared spectroscopy 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.30 no.5, 2017년, pp.234 - 239  

이소연 (중앙 소방학교 소방과학 연구실) ,  조원보 (동덕여자 대학교 약학과) ,  김효진 (동덕여자 대학교 약학과)

초록
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화재 현장에서 완전 연소하지 않은 잔류물의 성분을 규명하는 것은 화재 원인을 추적하는 중요한 단서가 된다. 화재 현장에서 많이 발견되는 플라스틱 연소 잔류물의 종류를 규명하기 위하여 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE) 수지와 Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) 수지의 연소 후 잔류물에 관한 연구를 진행 하였다. 콘 칼로리미터 (Cone calorimeter)를 사용하여 플라스틱 시료를 200, 300, 350, 400, $500^{\circ}C$로 각각 3분 동안 연소시킨 후 변화된 무게와 연소생성물을 얻었다. 각 온도에서 얻어진 연소생성물을 동결 건조 후 분쇄한 분말 시료를 FT-near infrared (NIR) spectrometer로 스펙트럼을 측정 하였다. 폴리에틸렌 수지 시료를 연소시켰을 때 $350^{\circ}C$까지는 무게의 변화가 없었으나 $400^{\circ}C$ 이상에서는 급격한 무게의 변화를 측정 할 수 있었다. 각 온도에서 얻어진 폴리에틸렌 수지 및 ABS 수지 시료의 FT-NIR 측정 스펙트럼을 주성분 분석(Principle component Analysis, PCA)를 통해서 연소 잔유물이 폴리에틸렌과 ABS 지임을 확인할 수 있었다. 따라서 근적외선 분광법으로 화재현장에서 발견되는 불연소 플라스틱의 종류를 신속하게 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Identifying the components of residues that are not completely burned at the sites of fires site can provide valuable information for tracing the causes of fires. In order to clarify the types of plastic combustion residues found at the scenes of fires, we studied the residue formed after the combus...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 2 폴리에틸렌 및 ABS 수지의 발화점 및 열분해 온도는 350 oC와 450 oC부근이지만 화재현장에서는 완전 연소나 발화 또는 연소하다가 외부만 연소되고 남은 시료등 다양한 형태의 플라스틱이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 화재 현장에서 존재할 수 있는 다양한 형태의 플라스틱을 재현하기 위하여 콘칼로리미터를 이용하여 200,300, 350, 400, 500 oC까지 각각 3분간 연소시킨 시료를 확보하였다. 이들 확보된 시료들의 성분변화를 측정하기 위하여 근적외선 분광기를 이용하여 스펙트럼을 얻었다.
  • 본 연구에서는 화재 현장에서 완전 연소하지 않은 잔류물의 성분을 규명하기 위하여 화재 현장에서 많이 발견되는 폴리에틸렌 수지와 ABS 수지의 연소 후 잔류물에 관한 연구를 수행하였다. 콘 칼로리미터를 사용하여 폴리에틸렌 수지 시료를 연소시켰을 때 350 oC까지는 무게의 변화가 없었으나 400 oC 이상에서는 급격한 무게의 변화를 측정 할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
근적외선 분광법이 사용되는 분야는? 근적외선 분광법은 가시광선(Visible)과 중적외선(Mid infrared)사이에 존재하는 800부터 2500 nm의 파장 영역에서 주로 C-H, N-H, O-H 그리고 S-H등의 작용기를 가지는 물질의 측정 및 정량 분석에 널리 사용되고 있다.3 이 방법은 재현성, 정밀성, 그리고 정확성이 뛰어나 현재에는 농업뿐만4 아니라 식품, 정유, 화학, 생물학, 제약5-7 등을 포함한 다양한 산업 분야에 응용되고 있다. 특히 폐플라스틱의 선별에 상업적으로 많이 활용하고 있다.8 이러한 플라스틱의 선별에는 각 플라스틱의 특징적인 파장 뿐만 아니라 이들 플라스틱류가 가지는 특징을 PCA (Principal componentsanalysis)을 사용하여 주요한 스펙트럼이외에 잠재 변수를 확인 하는 데 사용한다.
화재 발생 시 플라스틱류의 연소 특성은? 현대 사회는 산업 현장이나 가정에서 다양한 종류의 플라스틱류 제품을 사용하고 있다. 이러한 플라스틱류는 화재가 발생되면, 석유류 제품이기에 화재를 빠르게 전달하고, 화염의 크기를 상승시켜 인명 피해에 매우 큰 영향을 끼치고 있다. 따라서 플라스틱류 및 플라스틱 단열제의 화재특성에 관한 연구 및 가연성 물질의 화재성상 기전에 대한 보고가 있다.
근적외선 분광법은 어느 분석에 주로 사용되는가? 이들 확보된 시료들의 성분변화를 측정하기 위하여 근적외선 분광기를 이용하여 스펙트럼을 얻었다. 근적외선 분광법은 가시광선(Visible)과 중적외선(Mid infrared)사이에 존재하는 800부터 2500 nm의 파장 영역에서 주로 C-H, N-H, O-H 그리고 S-H등의 작용기를 가지는 물질의 측정 및 정량 분석에 널리 사용되고 있다.3 이 방법은 재현성, 정밀성, 그리고 정확성이 뛰어나 현재에는 농업뿐만4 아니라 식품, 정유, 화학, 생물학, 제약5-7 등을 포함한 다양한 산업 분야에 응용되고 있다.
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참고문헌 (13)

  1. K. Lee and K. Kim, J. Kor. Inst. Fire Sci. & Eng., 17(1), 76-83 (2003). 

  2. B. Lim and H. An, J. Kor. Inst. Gas., 20(1), 46-51 (2016). 

  3. F. T. Walder and M. J. Smith,, Spect. Acta, 47, 1202-1216 (1991). 

  4. Williams, Phil and Norris Karl, "Near-Infrared Technology in the Agricultural and Food Industry", American Association of Cereal Chemists, Inc., Minnesota, U.S.A., 201. 1987. 

  5. J. W. Hall and A. Pollard, Clim. Chem., 38(9), 1623-1631 (1992). 

  6. J. D. Kirsch and J. K. Drennen, J. Pharm. Biomed. Anal., 13, 1273-1281 (1995). 

  7. L. Weyer, Appl. Spectrosc. Rev., 21, 1-43 (1985). 

  8. H. Masoumi, S. Safavi and Z. Khani, Mechatronic and Manufacturing Eng., 6(5), 877-884 (2012). 

  9. V. Venkatasubramanian, R. Rengaswamy, S. Kavuri and K. Yin, Comput. Chem. Eng., 27, 327-346 (2003). 

  10. C. Han and E. S. Yoon, Chem. Res., 43(25), 8037-8048 (2004). 

  11. C. W. Brown, P. E. Lynch, R. J. Obremski and D. S. Lavery, Anal. Chem., 54, 1472 (1982). 

  12. ISO/FDIS 5660-1, "Reaction to Fire Tests - Heat Release, Smoke Production and Mass Loss Rate - Part 1 : Heat Release (Cone calorimeter method)", ASTM E1354, 2002. 

  13. CAN/ULC-S135-92, "Standard Method of Test for Determination of Degrees of Combustibility of Building Materials Using an Oxygen Consumption Calorimeter (Cone calorimeter)", National Standard of Canada, Underwriters' Laboratories of Canada, Scarborough, Ont., Canada, 1992. 

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