[논문]ABC 분말소화약제의 열분해 시 목재에 미치는 영향에 관한 연구

고왕열; 인세진

doi:10.7731/kifse.2018.32.3.001

ABC 분말소화약제의 열분해 시 목재에 미치는 영향에 관한 연구
Study on the Effect of the ABC Dry Chemical on Wood in Pyrolysis 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.32 no.3, 2018년, pp.1 - 7

초록
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본 연구는 ABC 분말소화약제와 제1인산암모늄의 열분해생성물이 목재표면에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 목재표면에서 열분해 생성물을 제거하였을 때 제1인산암모늄은 점도가 높은 투명한 열분해 생성물이 눌어붙어 제거하기 힘들었으나 ABC 분말소화약제는 덩어리진 형태로 쉽게 제거되었다. 열분석 결과 각 시료의 열분해 특성은 유사하나 열분해 잔존물의 중량이 ABC 분말소화약제는 55.9%, 제1인산암모늄은 25.2%로 나타나 차이를 보였다. ABC 분말소화약제에 첨가된 첨가제가 열분해 잔존물의 중량 및 메타인산의 방신효과에도 영향을 미치는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study the effect of pyrolysis products ABC dry chemical and of monoammonium phosphate on wood surface. When the pyrolysis product was removed from the wood surface, monoammonium phosphate was removed due to the high viscosity of the transparent pyrolysis product, but the ABC dry chemical was removed in a lump form. Thermal analysis showed that the pyrolysis characteristics of each sample were similar but the weight of pyrolysis residue was 55.9% for ABC dry chemical and 25.2% for monoammonium phosphate. The additives added to the ABC dry chemical also affect the weight of the pyrolysis residue and the fire protection effect of metaphosphoric acid.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Ability Unit by Type of Fire Extinguisher
표 Table 2. Adaptability of Dry Chemicals
표 Table 3. Mixing ratio of ABC Dry Chemical⁽⁵⁾
그림 Figure 1. Experimental samples.
그림 Figure 2. Experimental equipments.
그림 Figure 3. Thermal analysis (DSC) results of monoammonium phosphate and ABC dry chemical.
그림 Figure 4. Thermal analysis (TGA) results of monoammonium phosphate and ABC dry chemical.
그림 Figure 6. State changes of monoammonium phosphate, ABC dry chemical and red pine according to temperatures (× 1,000).
그림 Figure 5. Melting state of monoammonium phosphate (× 1,000).
그림 Figure 7. Surface conditions after pyrolysis.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 열분석기를 이용하여 ABC 분말소화약제와 제1인산암모늄의 열분해생성물의 열분해특성을 비교해보고 목재에 ABC 분말소화약제와 제1인산암모늄을 도포한 후 전기로에서 가열하여 이들의 열분해생성물의 성상을 비교분석하여 목조건축물 화재 시 ABC 분말소화약제를 사용한 소화기로 진화하는 경우 열분해생성물이 목재표면에 영향을 미칠 수 있는지 확인하였다.

제안 방법

열분석기를 사용하여 ABC 분말소화약제와 제1인산암모늄의 열분해생성물의 열분해특성을 비교해보고 목재에 ABC 분말소화약제와 제1인산암모늄을 도포한 후 전기로에서 가열하여 이들의 열분해생성물이 목재에 미치는 영향을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제1인산암모늄 및 ABC 분말소화약제를 TGA 열분석기로 공기 분위기에서 25℃부터 10℃/min의 승온속도로 400℃까지 분석하였으며 추가로 최종잔류물의 중량을 비교하기 위하여 분석한도인 1,000℃까지 분석하였고, DSC 열분석기로 공기 분위기에서 25℃부터 10℃/min의 승온속도로 400℃까지 분석하였다.
제1인산암모늄 및 ABC 분말소화약제를 적송 시편에 일정면적 도포시킨 후 전기로를 이용하여 200℃에서 400℃까지 20℃ 간격으로 상승시키면서 각 온도에서 5분간 유지시켜 관찰하였으며 가열시험은 동일한 조건으로 3회 실시하였다.

성능/효과

TGA 열분석기에 의해 각 시료의 온도상승에 따른 중량변화를 비교한 결과 Figure 4와 같이 ABC 분말소화약제는 약 120℃부터 제1인산암모늄은 150℃에서부터 중량감소가 시작되었고 ABC 분말소화약제는 180℃부근에서, 제1 인산암모늄은 190℃부근에서 중량감소곡선의 경사가 급해졌다. 400℃에서 잔존물의 중량비율은 ABC 분말소화약제는 77.16%, 제1인산암모늄은 74.73%로 나타나서 ABC 분말소화약제의 잔존물의 중량이 약 2.43% 더 남는 것으로 나타났으며 추가로 1,000℃까지 승온하여 분석한 결과 잔존물의 중량이 ABC 분말소화약제는 55.84%, 제1인산암모늄은 25.28%로 나타나 잔존물의 중량차이가 더 크게 나타났다. 잔존물의 중량 차이는 ABC 분말소화약제의 구성성분에 따른 것으로 보이며 안전보건공단에서 제공하는 물질안전보건자료⁽⁹⁾에 따르면 6∼16%를 차지하는 실리콘 분말은 녹는점이 1,410℃, 4%미만을 차지하는 산화규소는 녹는점이 1,600℃이상인 것으로 되어있어 1,000℃까지 가열했을 때 ABC 분말소화약제의 잔존물 55.
첫째, ABC 분말소화약제와 제1인산암모늄을 DSC 열분석기로 분석한 결과 2가지 시료 모두 기존에 밝혀진 제1인산암모늄의 열분해특성과 유사한 특성을 보였다. TGA 열분석기로 분석한 결과 1,000℃에서 잔존물의 중량이 각각 55.84%, 25.28%로 나타났으며 잔존물의 중량차이는 ABC 분말소화약제의 첨가물인 실리콘 분말 및 산화규소 때문인것으로 나타났다.
가열시험을 마친 후 제1인산암모늄은 Figure 7과 같이 기포와 같은 겉면은 쉽게 제거되었지만 기포 안쪽에 생성된 끈적이는 액체는 탄화된 목재표면에 눌어붙어 온도가 낮아질수록 점도가 더 높아져 쉽게 제거할 수 없었으나 ABC 분말소화약제의 열분해잔존물은 목재표면에서 쉽게 제거되었다.
둘째, 전기로를 통한 가열실험에서 260℃정도부터 제1 인산암모늄의 상태변화를 육안으로 확인할 수 있었으며 ABC 분말소화약제는 색상이 검게 변화할 뿐 육안으로 상태변화를 확인하기는 어려웠다. 가열실험이 끝난 이후 제1 인산암모늄은 목재표면에 눌어붙어 제거하기 어려웠으나 ABC 분말소화약제는 쉽게 제거되었다.
따라서, 목조건축물 화재 시 ABC 분말소화약제를 사용한 소화기로 진화하는 경우에도 ABC 분말소화약제의 열분해생성물에 의한 목재표면의 손상이 발생하지 않으므로 목조건축물에도 A급 화재에 소화능력단위가 높고 신속한 소화가 가능한 ABC 분말소화약제를 사용한 소화기를 비치하여 사용하는 것이 좋을 것으로 판단된다.
문화재청에서 공개한 보물 또는 국보로 지정된 목조건축물에 설치된 소화기구의 종류 및 수량에 따르면 148개의 대상에 설치된 2,693개의 소화기 중 ABC 분말소화약제를 사용한 소화기가 1,710개, 청정소화약제를 사용한 소화기가 792개, 이산화탄소를 사용한 소화기를 191개 비치하고 있는 것으로 나타났다. 목조건축 문화재는 내화구조의 건축물에 비해 고온단기형으로 단시간 내에 연소가 확대되어 초기진화가 아주 중요하다⁽⁶⁾.
상온에서 준비된 시료를 전기로를 통하여 온도를 200℃까지 상승시키고 5분간 유지시켰을 때 제1인산암모늄 및 ABC 분말소화약제, 목재표면에 별다른 변화는 관찰되지 않았으며 목재가 건조될 때 발생하는 냄새만 확인되었다.
셋째, ABC 분말소화약제는 제1인산암모늄과 유사한 열분해특성을 가졌으나 ABC 분말소화약제에 함유된 실리콘 분말 및 산화규소 등의 첨가물에 의해 유리화된 메타인산의 방신효과에 의해 목재표면에 피막을 형성하여 눌러붙는 등의 현상이 일어나지 않는 것으로 확인되었으며 목재 표면은 380℃에서 탄화되고 갈라져서 미관을 위한 목재로서의 가치를 잃어버리기 때문에 ABC분말소화약제의 사용으로 인한 목재표면의 손상은 없는 것으로 확인되었다.
목조건축 문화재는 내화구조의 건축물에 비해 고온단기형으로 단시간 내에 연소가 확대되어 초기진화가 아주 중요하다⁽⁶⁾. 전체적으로 ABC 분말소화약제를 사용한 소화기가 1,710개로 약 63% 정도로 비치되어있지만 A급 화재에 대해 능력단위가 ABC 분말소화약제를 사용한 소화기의 1/3인 청정소화약제를 사용한 소화기도 792개로 약 30% 정도 비치되어있으며 A급화재에 적응성이 없는 이산화탄소를 사용한 소화기도 191개로 약 7% 정도 비치되어있는 것으로 나타났다.
첫째, ABC 분말소화약제와 제1인산암모늄을 DSC 열분석기로 분석한 결과 2가지 시료 모두 기존에 밝혀진 제1인산암모늄의 열분해특성과 유사한 특성을 보였다. TGA 열분석기로 분석한 결과 1,000℃에서 잔존물의 중량이 각각 55.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소화기구에 주로 사용되는 소화약제는 무엇인가?	화재시 소화기구는 초기소화를 위해 사용되는 가장 유효한 수단이다. 소화기구에는 분말, 이산화탄소(CO2), 청정소화약제, 강화액, Halon 소화약제, 포소화약제 등의 소화약제가 주로 사용되었으나 현재 소화기구에 주로 사용되는 소화약제는 분말, 이산화탄소, 청정소화약제, 강화액 등이 주류를 이루고 있다.
	ABC 분말소화약제를 사용한 소화기의 문제점은?	ABC 분말소화약제를 사용한 소화기가 소화능력이 우수하다는 것은 알고 있지만 사용 후 분사된 분말의 처리문제(8), 열분해시 발생한 메타인산(HPO3)이 목재표면에 눌어붙어일어나는 목재표면의 손상 등의 문제 때문에 청정소화약제를 사용한 소화기를 선호하고 이산화탄소소화기를 비치하기도 한다.
	한 번 소화된 목재 등이 불꽃을 가까이 해도 쉽게 재착화되지 않는 이유는?	열분해시 생성되는 메타인산은 가연물의 표면에 용융유리상의 피막을 형성하여 연소에 필요한 산소의 유입을 차단하기 때문에 연소가 중단된다. 따라서, 한 번 소화된 목재 등은 불꽃을 가까이 해도 쉽게 재착화되지 않는다.

참고문헌 (9)

KS B 6259, "Classification of Fire" (2017).
NFSC 101, "National Fire Safety Code for Fire Extinguisher and Automatic Fire Extinguisher" (2017).
S. J. In, K. H. Oh, H. Kim, D. M. Choi and I. S. Oh, "Chemical of Extinguishing Agents", Hyungseul, Korea, pp. 232-269 (2003).
S. P. Kwon, "A Study on the Wood used in the Wood Crib Burning Test", Fire Industry Technology Research, Vol. 3, No. 3, pp. 14-32 (2010).
Http://www.sw119.com
D. C. Kim, S. K. Roh and E. G. Ham "The Study on the Legal Improvement for Fire Protection in Wooden Architectural Heritage", Fire Science and Engineering, Vol. 29, No. 1, pp. 19-26 (2015).

원문보기 상세보기
H. J. Park and H. Kim "A Study on Charring Rate of Exposed to a Constant Incident Radiation Heat Flux", Transaction of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 18, No. 4, pp. 86-92 (2004).
Y. S. Kim, "A Study on the Protection Equipment of Cultural and Forest Fire", Proceedings of 2008 Spring Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 194-199 (2008).
Http://msds.kosha.or.kr/

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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