[논문]붕소 화합물로 처리된 편백목재 시험편의 연소시험에 의한 가스 발생

진의; 정영진

doi:10.14478/ace.2018.1033

붕소 화합물로 처리된 편백목재 시험편의 연소시험에 의한 가스 발생
Gas Generation by Burning Test of Cypress Specimens Treated with Boron Compounds 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.4, 2018년, pp.413 - 418

진의 (강원대학교 소방방재연구센터) , 정영진 (강원대학교 소방방재공학과)

초록
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붕산, 5붕산암모늄, 붕산/5붕산암모늄 첨가제로 처리한 편백목재 시험편의 연소가스 발생에 관한 시험을 하였다. 4 wt%의 붕소 화합물 수용액으로 각각 편백목재 시험편에 붓으로 3회 칠하였다. 실온에서 건조시킨 후, 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 연소가스를 분석하였다. 그 결과, 붕소 화합물로 처리한 시험편의 두 번째_최대산소 소모율은 0.1067~0.1246 g/s로서 공시험편보다 5.3~18.9% 감소했다. 붕산, 5붕산암모늄으로 처리한 시험편의 비소화면적은 2.0~19.0% 감소하였다. 그러나, 붕산/5붕산암모늄으로 처리된 경우 비감쇠면적이 공시험편보다 21.2% 증가하였다. 붕소 화합물로 처리한 시험편의 최대일산화탄소 농도는 0~25% 감소되었다. 이것은 직업안전위생관리국(Occupational Safety and Health Administration, OSHA) 허용기준의 1.6~2.2배의 치명적인 독성을 발생하는 것으로 측정되었다. 붕소화합물은 일산화탄소 감소에는 효과적이었으나 OSHA의 허용기준에는 미치지 못하였다. 붕소화합물은 편백나무의 연소성을 두 번째_최대산소 소모율에 대하여 5.3~18.9%, 최대일산화탄소 발생에 대하여 0~25% 억제하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Cypress woods treated individually with boric acid (BA4), ammonium pentaborate (APB4), or BA4/APB4 additives were examined for combustion gases. Each of the specimens was painted with a 4 wt% solution of boron compounds three times. Dried at room temperature, the combustion gas was analyzed using a cone calorimeter (ISO 5660-1). Consequently, the second maximum oxygen consumption rate of the specimen treated with boron compounds was 0.1067 to 0.1246 g/s, which was 5.3 to 18.9%, respectively lower than that of the blank specimen. The specific extinction area of specimens treated with BA4 and APB4 was also 2.0 to 19.0% lower, respectively. However, treated with BA4/APB4 showed 21.2% higher than that of the blank specimen. The maximum carbon monoxide concentration of the specimens with boron compounds was reduced by 0 to 25%. It was estimated to be 1.6 to 2.2 times higher than the permissible exposure limits by Occupational Safety and Health Administration (OSHA), indicating a fatal toxicity. The boron compounds were effective in reducing carbon monoxide, but didn't meet the OSHA limit. The boron compound inhibited the burning behavior of the cypress wood, which suppressed the second maximum oxygen consumption rate by 5.3 to 18.9% and the maximum carbon monoxide generation by 0 to 25%.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 붕산 및 5붕산암모늄 수용액을 건축물의 내장재로 주로 사용되고 있는 편백목재에 도포처리 후 cone calorimeter를 이용하여 외부 복사열원에 의한 연소특성으로 유해가스 및 연기관련 지수 등을 측정하고 난연 목재로서의 초기 화재 시 화재 위험성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

BA4, APB4, BA4/APB4 첨가제로 처리한 편백목재의 연소가스 발생에 관한 실험을 ISO 5660-1 표준에 의한 콘칼로리미터를 이용하여 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 목재는 편백나무로서 시중에서 일반 건자재용을 구입한 후 2년 동안 자연 건조하였다. 화학적 첨가제로서 붕산(순도 99.
본 연구에 사용된 목재는 편백나무로서 시중에서 일반 건자재용을 구입한 후 2년 동안 자연 건조하였다. 화학적 첨가제로서 붕산(순도 99.5%)은 Kanto Chemical사에서, 5붕산암모늄(순도 99%)은 Sigma Aldrich사에서 구입하여 사용하였다. 모든 시약은 특급시약을 구입하였고 정제 없이 그대로 사용하였다.

이론/모형

연소특성 시험은 ISO 5660-1의 방법에 의해 dual cone calorimeter (Fire Testing Technology)를 이용하여 열 유속(heat flux) 50 kW/m² 조건에서 수행하였다[22]. 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) 붕소 화합물로 처리한 시험편의 두 번째_최대산소 소모율은 0.1067~0.1246 g/s로서 공시험편보다 5.3~18.9% 감소했다. 이것은 유리상의 산화붕소가 목재에 피막을 형성하여 산소 소모율이 감소되는 것으로 이해된다.
2) BA4, APB4로 처리한 시험편의 비소화면적은 공시험편보다 2.0~19.0% 감소하였다. 이것은 저발연 작용을 하는 것으로 판단된다.
3) 붕소 화합물로 처리한 시험편의 CO_peak 농도는 0~25% 감소되었고, OSHA 허용기준(PEL)보다 1.6~2.2배 높은 치명적인 독성을 발생하는 것으로 측정되었다.
따라서 붕소화합물은 편백나무의 연소성을 두 번째_최대산소 소모율에 대하여 5.3~18.9%, 최대일산화탄소 발생에 대하여 0~25% 억제하였다. 그러나 일산화탄소는 편백목재 자체의 생성 농도가 높기 때문에 감소효과에 대한 기대에 미치지 못하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	목재는 어떠한 위험성이 있는가?	친환경적인 내구재 및 건자재로 널리 사용되는 목재는 화재 시 연소되기 쉬움으로써 화재안전성 측면에서 높은 위험성을 가지고 있다. 따라서 이와 같은 목재의 단점을 보완하기 위해 다양한 난연 처리 방법들이 연구되어 왔다[1-4].
	목재의 난연 처리는 어떠한 방법들을 이용하는가?	따라서 이와 같은 목재의 단점을 보완하기 위해 다양한 난연 처리 방법들이 연구되어 왔다[1-4]. 목재의 난연 처리는 인화합물계, 질소화합물계, 붕소화합물계, 실리콘화합물계 등을 사용하여 처리하였다 [5-8]. 화재에 의한 피해는 약 75~80%가 연기와 유독가스 등의 흡입과, 또는 산소 결핍에 의한 것으로 조사되었다[9].
	콘칼로리미터는 어떠한 방법인가?	열방출률 측정방법 중의 하나가 콘칼로리미터(cone calorimeter)이다[15]. 이것은 실 화재 현상에 대한 가장 근접하게 모사한 방법으로써 대부분의 유기재료가 연소 중에 산소 1 kg이 소비되면 약 13.1 MJ의 열이 방출되는 산소 소비 원리를 바탕으로 하고 있다[16]. 건조한 목재의 기본 조성은 탄소(C) 50%, 수소(H) 6%, 산소(O) 44%로 구성되고 그 밖에 소량의 무기화합물과 질소(N)로 구성되어 있다.

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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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