[논문]tert-Amylalcohol(TAA)의 물질안전보건자료(MSDS) 연소특성치의 신뢰도

하동명

doi:10.7842/kigas.2019.23.6.17

[국내논문] tert-Amylalcohol(TAA)의 물질안전보건자료(MSDS) 연소특성치의 신뢰도
Reliability of Combustion Properties of MSDS(Material Safety Data Sheet) of tert-Amylalcohol(TAA) 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.23 no.6, 2019년, pp.17 - 24

초록
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산업현장에서 사용되고 있는 인화성물질의 연소특성치로는 하부/상부인화점. 폭발하한계/상한계, 최소자연발화온도(AIT), 연소점, 최소산소농도(MOC) 등이 있다. 공정 및 근로자 안전을 위해서는 이들 특성치의 정확한 평가가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 에폭시수지와 폴리우레탄의 용매, 올레핀의 산화제, 연료용 기름과 바이오물질의 주원료 등으로 다양하게 사용되고 있는 tert-Amylalcohol(TAA)를 선정하였다. 그 이유는 다른 가연성물질에 비해 연소특성치의 신뢰성에 비교 고찰하였다. TAA의 인화점은 밀폐식 Setaflash, Pensky-Martens와 개방식 Tag, Cleveland 장치로 측정하였고, AIT는 ASTM 659E를 사용하였다. 그리고 TAA의 폭발하한계/상한계는 측정된 하부/상부인화점을 이용하여 예측하였다. Setaflash, Pensky-Martens에 의한 인화점은 19 ℃와 21 ℃, Tag와 Cleveland는 각각 28 ℃와 34 ℃, AIT는 437 ℃로 측정되었다. Setaflash에서 측정된 인화점에 의한 폭발하한계/상한계는 1.1 vol%와 11.95 vol%로 계산되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The combustion properties of the flammable substance used in industrial fields include lower/upper flash point, lower/upper explosion limit, autoignition temperature(AIT), fire point, and minimum oxygen concentration(MOC) etc.. The accurate assessment of these characteristics should be made for process and worker safety. In this study, tert-amylalcohol(TAA), which is widely used as a solvent for epoxy resins, oxidizers of olefins, fuel oils and biomass, was selected. The reason is that there are few researches on the reliability of combustion characteristics compared to other flammable materials. The flash point of the TAA was measured by Setaflash, Pensky-Martens, Tag, and Cleveland testers. And the AIT of the TAA was measured by ASTM 659E. The lower/upper explosion limits of the TAA was estimated using the measured lower/upper flash points by Setaflash tester. The flash point of the TAA by using Setaflash and Pensky-Martens closed-cup testers were experimented at 19 ℃ and 21 ℃, respectively. The flash points of the TAA by Tag and Cleveland open cup testers were experimented at 28 ℃ and 34 ℃, respectively. The AIT of the TAA was experimented at 437 ℃. The LEL and UEL calculated by using lower and upper flash point of Setaflash were calculated at 1.10 vol% and 11.95 vol%, respectively.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Physical and toxicity properties of TAA[10-12]
표 Table 2. Flash points, AITs and explosion limits of TAA by references[12-22]
표 Table 3. Estimated explosion limits by experimental flash points and fire points of TAA
표 Table 4. Comparison of experimental and predicted ignition delay time by the AIT of TAA
그림 Fig. 1. Comparison between the experimental and calculated ignition delay times of TAA.
그림 Fig. 2. A time history of the ignition temperature inside the test flask during an ignition experiment of TAA.

AI 본문요약
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문제 정의

TAA의 인화점, 연소점, AIT 그리고 예측된 폭발한계를 기존의 문헌 값들과 비교하였다. 제시된 연소특성치는 TAA를 사용 하는 공정에 적용하여 안전을 확보하는데 자료로 이용되기를 기대하며, 제시한 방법론을 활용하여 다른 인화성액체의 위험성평가와 MSDS(Material Safety Data Sheet)의 최신화에 도움을 주는데 목적이 있다.

제안 방법

TAA의 방화 및 방폭 특성치인 인화점, 연소점 그리고 AIT를 측정하고, 측정된 인화점을 이용하여 폭발한계를 예측하였다. TAA의 인화점, 연소점, AIT 그리고 예측된 폭발한계를 기존의 문헌 값들과 비교하였다.
TAA의 방화 및 방폭 특성치인 인화점, 연소점 그리고 AIT를 측정하고, 측정된 인화점을 이용하여 폭발한계를 예측하였다. TAA의 인화점, 연소점, AIT 그리고 예측된 폭발한계를 기존의 문헌 값들과 비교하였다. 제시된 연소특성치는 TAA를 사용 하는 공정에 적용하여 안전을 확보하는데 자료로 이용되기를 기대하며, 제시한 방법론을 활용하여 다른 인화성액체의 위험성평가와 MSDS(Material Safety Data Sheet)의 최신화에 도움을 주는데 목적이 있다.
TAA의 화재 및 폭발 특성치 분석을 위해 한국 산업안전보건공단(KOSHA)의 MSDS를 비롯해 각종 헨드북과 논문들에 제시된 자료를 정리하여 Table 2에 나타내었다[12-22].
인화점은 밀폐식인 Setaflash(ASTM D3278)와 Pensky-Martens(ASTM D93), 개방식인 Tag(ASTM D1310)와 Cleveland (ASTM D92)를 사용하였으며, 연소점 측정은 개방식 장치를 이용하였다. 각 장치에 의한 인화점과 연소점의 측정은 3회 혹은 5회를 실시하였다. 3회 모두 동일한 값으로 측정되면 채택하였고, 만일 3 회 측정에서 동일한 측정값이 되지 않은 경우는 5 회까지 측정하여 3회 이상 동일하게 측정된 값을 채택하였다[2,6].
인화점은 밀폐식인 Setaflash(ASTM D3278)와 Pensky-Martens(ASTM D93), 개방식인 Tag(ASTM D1310)와 Cleveland (ASTM D92)를 사용하였으며, 연소점 측정은 개방식 장치를 이용하였다.
폭시수지의 용매, 연료용기름과 바이오물질의 주원료, 의약품원료, 중간제품, 마취제 등 산업 전반에 다양하게 사용되고 있는 tert-Amylalcohol(TAA) 의 연소특성치인 하부/상부인화점, 연소점 그리고 최소자연발화온도(AIT)를 측정하고, 측정된 하부/ 상부인화점과 연소점을 이용하여 폭발한계를 계산 하고 MOC를 예측하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에서는 에폭시수지와 폴리우레탄의 용매, 올레핀의 산화제, 연료용기름과 바이오물질의 주원료, 이소아밀렌(IA)의 대체 반응물, tert-Amyl ethyl ether(TAEE)의 합성물질, 의약품의 원료, 중간제품, 마취제 등으로 사용되고 있으며, 다른 가연성물질에 비해 연소특성치의 신뢰성 연구가 적은 tert-Amylalcohol(TAA)를 선정하였다. TAA는 무색이고, 동의어로는 2-Methyl-2- butanol, tert-Pentyl alcohol, Dimethylethylcarbinol, Amylene hydrate 등이 있다.
사용된 TAA(Sigma Aldrich, 99%, USA)은 별도의 정제 과정없이 사용하였다. 인화점은 밀폐식인 Setaflash(ASTM D3278)와 Pensky-Martens(ASTM D93), 개방식인 Tag(ASTM D1310)와 Cleveland (ASTM D92)를 사용하였으며, 연소점 측정은 개방식 장치를 이용하였다.

이론/모형

AIT는 ASTM E659를 사용하였으며, 발화지연시 간에 1 sec대 까지 측정하였다. 1sec대 까지 측정한 것은 활성화에너지(E)를 계산하기 위해서이다.
측정된 TAA의 하부/상부인화점과 연소점에 의한 폭발하한계/상한계 계산을 위해 증기압식을 이용하였다[17].
활성화에너지(E)를 계산하기 위해서 Semenov식을 사용하였다[23].

성능/효과

1) 밀폐식 측정 장치인 Setaflash Manual의 하부/상부인화점은 각각 19 ℃와 55℃, Setaflash Auto의 하부인화점 20 ℃, Pensky-Martens은 21 ℃, 개방식 Tag는 28 ℃ 그리고 Cleveland는 34 ℃로 측정되었다. Tag와 Cleveland에 의한 연소점은 각각의 인화점과 동일하게 측정되었다.
2) Setaflash Manual 에서 측정된 하부/상부인화점에 의한 폭발하한계/상한계는 1.10 vol%와 11.95 vol%로서 하한계는 문헌값 보다 약간 낮게 계산되었으며, 폭발상한계는 문헌값 보다 약 3 vol% 높게 계산되었다.
3) 측정된 TAA의 AIT 435 ℃는 기존 문헌값인 437 ℃로 비슷하게 측정되었으며, 활성화에너지(E) 는 102.59 kJ/mol로 계산되었다.
5) TAA의 기존의 문헌들의 인화점을 적용할 경우 위험물안전관리법에서 제 4류 제2석유류로 적용 가능하다고 해석될 수 있으나, 본 연구를 통해서 얻은 결과는 제 1석유류에 적용하는 것이 타당하다고 본다.
6) 본 연구에서 제시한 자연발화온도와 발화지연 시간의 관계식을 이용하여 화재방호 설계에 적용이 가능하다.
본 연구에서 Setaflash Manual에서 측정된 하부 인화점 19 ℃는 Table 2에 제시된 NFPA문헌과 일치하였으며, 다른 문헌값 보다는 2 ∼ 20 ℃ 정도 낮게 측정되었으며, Tag 개방식에서 측정된 28 ℃ 는 Stephenson의 최대값인 44 ℃ 보다 16 ℃ 낮게 측정되었으며, Cleveland 측정값 역시 Stephenson의 최대값 약 10 ℃ 낮게 측정되었다.
본 연구에서는 이를 근거로 350 ℃에서 측정하였으나 발화되지 않아, 계속 30 ℃를 상승시켜 실험한 결과 440 ℃, 15.32sec에서 발화되어 다시 10 ℃를 낮추어 실험을 하였으나 발화되지 않아 이후 1 ∼ 2 ℃를 상승시켜 실험한 결과 19.38sec에서 AIT 435 ℃를 찾았다.

후속연구

본 연구에서 제시한 인화점 자료와 측정된 하부/ 상부인화점에 의한 폭발하한계/상한계의 계산 방법은 다른 인화성액체의 인화점과 폭발한계 예측에 활용될 수 있으며, 연소점은 탱크의 누출사고 시화재 방호의 기초 자료로 이용할 수 있다. 특히 인화점 연구는 위험물 구분에서 Cut-off에 해당하는 물질을 새로이 규정하는데 기반 연구가 될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	TAA로부터 트리메틸에틸렌을 만드는 방법은 무엇인가?	TAA는 무색이고, 동의어로는 2-Methyl-2- butanol, tert-Pentyl alcohol, Dimethylethylcarbinol, Amylene hydrate 등이 있다. 특히 TAA와 에탄올이 반응하여 TAEE를 만들고, 반응조건과 촉매를 이용하여 IA를 만들 수 있다. 또한 얻어진 IA를 에탄올과 반응시켜 TAEE 를 만들 수도 있다. 그리고 산화크롬(Ⅵ)에 의해 아세톤과 아세트산을 생성하고, 니켈과 230℃로 가열 하면 트리메틸에틸렌으로 된다.
	연소위험성에 대한 연구가 미비해서 생기는 문제점은 무엇이 있는가?	따라서 공정에서 발생될 수 있는 화재 및 폭발을 예방하기 위해서는 사용하고 있는 순수물질과 혼합물의 연소위험성에 대한 연구가 최우선적으로 이루어져야 한다. 최근 산업의 발달로 인해 신규화학물질의 사용이 급증하고 있는데도 불구하고 정확한 연소특성치를 적용하지 못해서 중대 재해가 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 재해를 예방하기 위해서는 취급물질의 연소특성치인 하부/상부 인화점, 폭발하한계(LEL)/상한계(UEL), 최소자연발화온도(AIT), 연소점, 최소산소농도(MOC) 등을 실증적으로 연구하거나 기존 자료의 정확한 고찰이 필요하다[1,2].
	화학반응에서 발생될 수 있는 사고를 예방하는 방법은 무엇인가?	특히 반응성이 큰 물질은 충격, 화학반응, 온도상승 등에 의해 큰 재해가 발생된 사례들이 많다. 화학반응에서 발생될 수 있는 사고는 반응에 사용된 주원료의 연소특성을 정확히 파악함으로서 예방할 수 있다. 취급하고 있는 물질들이 위험성뿐만 아니라 유해성을 동시에 지니고 있을 때 공정관리의 실패로 인해 누출이 되면 인명과 재산피해뿐만 아니라 대기로 확산될 경우 지역 주민에 영향을 주고, 배수구를 통해 강이나 하천으로 흘러들어 갈 경우 심각한 환경오염을 초래할 수 있다.

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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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