A Study on the Fire Characterization of Foam block using Cone-calorimeter and FTIR

콘칼로리미터와 적외선분광계(FTIR)를 이용한 폼블럭의 연소특성에 대한 실험적 연구

Abstract

Foam block, popularized as the self-interior goods, is susceptible to fire since the main material is the polyethylene flammable synthetic resin. However, it is widely used in homes, offices, and multi-use facilities. In order to understand the fire characteristics of the foam block, two kinds of foam blocks sold in the market (non-fire retardant and fire retardant) were evaluated according to standard of KS F 5660-1 (Reaction to fire test). In addition, the hazard analysis of the gas generated by the combustion of the specimen was performed using the FTIR gas analyzer. The cone calorimeter test showed that the ignition and flame combustion of both two specimens were burned as soon as the radiant heat blocking device was removed, and it was confirmed that the flame could become a rapid propagation factor during the fire. The analysis of the combustion gas through the FTIR gas analyzer showed that both the carbon dioxide and carbon monoxide classified as the common combustion gases and the acrolein, ammonia, and hydrogen cyanide causing serious damage to the human body were detected substantially. This study showed that a foam block product has high ignitionability and generates toxic gases. Hence, it is urgently required to establish the standards used for properly classifying the combustion characteristics of the material on the basis of the use conditions of a foam block product and to prepare the standards on the purpose of use.

폼블럭은 셀프 인테리어 용품으로 새롭게 유행하고 있는 건축마감재로 폴리에틸렌을 주성분으로 하여 제조되고 있어 화재에 취약할 것으로 판단된다. 시중에 판매되고 있는 폼블럭 2종(일반, 난연)을 KS F ISO 5660-1(연소성능시험)의 기준에 따라 화재시 발생되는 연소특성을 파악하였다. 또한 적외선분광계(FTIR)를 이용하여 시편의 연소로 발생하는 가스중 대표적 독성가스를 측정한 후 기존의 독성모델에 적용하였다. 콘칼로리미터 시험 결과 2종의 시편 모두 복사열 차단장치를 제거하자마자 인화 및 불꽃연소가 시작되어, 화재시 화염의 급속한 전파 요인이 될 수 있음을 확인하였으며, 적외선분광계를 통한 연소가스 분석 결과, 일반적인 연소가스인 이산화탄소와 일산화탄소뿐만 아니라 인체에 심각한 위해를 주는 아크롤레인, 암모니아 및 시안화수소 등이 다량 검출되었다. 본 연구를 통해 폼블럭 제품은 착화성과 발열량이 높으며 유해가스가 다량 방출될 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. 따라서 폼불럭 사용에 따른 재료의 연소특성, 즉 착화성 저감, 최대 열방출률 제한 및 주요 유해가스의 농도를 제한하는 기준마련도 시급히 요구된다.

1. 서론

최근 전문가에게 시공을 맡기지 않고 저렴한 비용으로 직접 가정이나 사무실, 다중이용시설 등을 꾸미는 do ityour-selp (DIY) 인테리어가 유행하면서 관련 제품도 인기를 얻고 있다. 이 중 소비자들이 온라인 및 오프라인에서 쉽게 구입할 수 있는 폴리에틸렌 가연성 합성수지 단열 벽지(이하 폼블럭)가 그 중 하나라 할 수 있다. 폼블럭은 고급스러운 인테리어를 다양하게 연출할 수 있고 적은 비용과 짧은 시공 시간이 장점이며, 또한 완충 및 방음, 여름과 겨울철 단열효과 및 결로현상 억제가 가능하다. 제품생산 업체에서는 이러한 장점들을 TV 홈쇼핑 등에서 널리 홍보하며 제품 판매에 열을 올리고 있다. 그러나 폼블럭의 주재료는 폴리에틸렌 가연성 합성수지로 화재에 취약하지만 이에 대한 규제가 없어 일반인들이 널리 이용하고 있는 실정이다. 2017년 10월 소방청에서 발표한 ‘제1차 화재안전정책기본 계획’에 따르면, 최근 3년간(2013∼2015년) 화재발생장소는 주택(단독·공동주택)이 전체 화재 건수의 25.3%로 가장 높게 나타났으며, 화재 점유율(25%) 대비 사망자 비율(60%)이 높다고 발표하면서 주거(생활)공간 안전성 보장을 위하여 다양한 정책을 추진하겠다고 밝혔다.

Figure 1에 나타낸 바와 같이, 현재 폼블럭은 주거용 건물뿐만 아니라 병원, 어린이집, 음식점, 사무실 등 사용범위가 확대되어 가는 추세다. 대다수의 소비자들이 폼블럭이 화재에 취약할 것이라고는 인지하고 있지만, 막상 화기를 직접 취급하지 않는 장소라는 이유로 무분별하게 실내마감재로 사용하고 있으며, 심지어 직접 화기를 취급하는 다중이용업소에서도 널리 사용하고 있다. 더욱이 폼블럭등을 제조하여 판매하는 대부분의 제조업체들이 '난연' 이라는 용어를 무분별하게 사용하며 자기소화성이 있다고 소비자들에 제품을 홍보하고 있다.

Figure 1. Photography of building interior with Foam block.

시중에 판매되고 있는 일반적인 폼블럭의 일반재와 난연재에 대한 구조를 Figure 2에 나타내었다. 소방법령에서는 대통령령으로 정하는 특정소방대상물에 실내장식 등의목적으로 설치 또는 부착하는 물품은 "방염대상물품"으로 정하고 규제하고 있지만, 폴리에틸렌 가연성 합성수지 단열 벽지인 폼블럭은 아무런 규제 없이 다양한 장소에 실내장식 및 결로방지 등 다양한 목적으로 무분별하게 사용되고 있다. 건축법 제43조, 동 시행령 제61조 및 건축물의 피난·방화 등의 기준에 관한 규칙 제24조에서는 건축물 마감재료에 대한 용도 및 규모별 적용 대상을 규정하고 있다. 또한 건축물의 마감재료의 난연성능 및 화재확산 방지 구조(국토교통부 고시 제2015-744호, 2015 10. 13)에서는 한국산업규격 KS F ISO 5660-1에 따른 ‘가열시험 개시 후 5분간 총방출열량이 8 MJ/m² 이하이며, 5분간 최대 열방출률이 10초 이상 연속으로 200 kW/m²를 초과하지 않으며, 5분간 가열 후 시험체(복합자재인 경우 심재를 포함한다)를 관통하는 균열, 구멍 및 용융 등이 없어야 한다’ 고 정하고 있고 세부시험 방법은 KS F ISO 1182(불연성 시험방법), KS F 5660-1(콘칼로리미터 시험방법) 및 KS F 2271(가스유해성 시험방법)을 적용하고 있다. 최근에는 국내외적으로 FTIR을 이용한 가스분석 방법이 다른 분석방법에 비해, 동시에 여러 성분의 분석이 가능하다는 점, 연소가 진행되는 동안 실시간으로 시간에 따른 농도의 변화를 파악할 수 있다는 장점 등이 부각되면서 널리 사용되고 있다.(1)

Figure 2. Structure of general and fire retardant foam block.

본 연구에서는 시중에서 판매되고 있는 폼블럭 중 Sample A(일반 폼블럭)과 ‘난연’ 성능이 있다고 판매하는 Sample B(난연 폼 블록)를 KS F ISO 5660-1 콘칼로리미터법에 의한 연소성능 시험과 적외선 분광계(FTIR)를 이용한 가스유해성 분석을 통해 폼블럭의 화재 특성을 파악하여 화재위험성을 분석하였다.

2. 콘칼로리미터 연소시험 및 가스 유해성분석시험

실험재료는 대형마트, 쇼셜커머스, 인터넷몰 등에서 판매되는 제품 중 Sample A(일반 폼블럭) 1종과 Sample B(난연 폼블럭) 1종을 선정하였다.

2.1 콘칼로리미터 연소시험(KS F ISO 5660-1)

KS F ISO 5660-1에 따른 콘칼로리미터 시험방법은 재료가 50 kW/m2 등 일정한 크기의 복사열량 조건에 놓여 있을 때 연소가 진행되며 방출시키는 열방출률(Heat release rate, kW/m²) 및 일정 시간 동안의 총방출열량(Total heat release, MJ/m²)을 측정할 수 있어, 재료의 화재 시 열적특성을 평가하기 위한 목적으로 국내외에서 널리 사용되고 있는 시험방법이다. 본 연구에서는 한국건설기술연구원 화재안전연구소의 콘칼로리미터를 사용하였다.

이 장치는 콘 형태의 복사전기히터, 복사열 차단장치, 복사열 조절장치, 시편의 질량을 측정하기 위한 질량측정장치, 시편홀더, 시편 고정틀, 산소분석장치, 유량측정장치가 설치된 배출가스시스템, 가스 샘플링 장치, 스파크 점화회로, 점화 타이머, 열류계, 교정용 버너, 데이터 수집 및 분석시스템들로 구성되어 있다.

2.2 가스 유해성 분석시험

ISO 19701(Method for sample and analysis of fire effluents)에서는 화재유출물을 샘플링하고 분석하는 방법을 정의하고 있다. 인체에 유해한 가스를 이산화탄소, 일산화탄소 및시안화수소와 같은 질식성 가스와 염화수소, 브롬화수소, 불화수소, 질산화합물, 아크롤레인, 포름알데히드 및 이산화황 등과 같은 자극성 가스로 나누고, 이러한 가스를 샘플링하여 분석하는 기술로서 여러 종류를 소개하고 있는데 그 중 하나가 적외선분광계(FTIR)이다.

ISO 19702(Guidance for sampling and analysis of toxic gases and vapours in fire effluents Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy)에서는 적외선분광계(FTIR)를 이용하여 일산화탄소, 이산화탄소, 시안화수소, 염화수소, 브롬화수소, 일산화질소, 이산화질소, 불화수소, 이산화황, 아크로레인 등 가스의 농도를 분석하는 방법에 대한 일반 지침을 소개하고 있다. 적외선 분광법은 적외선에 노출된 물질은 광학이성질체를 제외하고는 대부분의 경우 다른 화합물과쉽게 구별할 수 있는 독특한 지문을 제공한다는 성질에 기초하는 분석기법으로 물질의 정성 및 정량분석에 널리 응용되고 있다.(2,3)

Figure 3에 나타낸 바와 같이 가스유해성을 분석하기 위해 콘칼로리미터 시험기와 적외선분광계(핀란드 GASMET사, DX 4040)를 결합하여 재료의 열방출 특성과 연소가스의 유해성을 동시에 평가하였다. 이 분석기는 휴대용 측정기로 PDA, 베터리, 샘플링 프로브와 라이브러리 내장형으로 해당물질의 최소 탐지 농도 한계는 약 0.2∼0.3 ppm이다. Table 1은 적외선분광계(FTIR)에 대한 분석조건을 나타낸 것이다.

Figure 3. Cone Calorimeter & FTIR Analyzer

Table 1. Analytical Conditions of FTIR for Combustion Gas

2.3 시편의 제작 및 준비

Figure 4에 나타낸 바와 같이 시편은 KS F ISO 5660-1 기준에 따라 가로·세로 각각 100 mm인 정사각형의 것으로 3개씩을 준비하였다. 시험을 실시하기 전에 시편을 ISO 554기준에 따라 온도 (23±2) ℃ 상대습도 (50±5)%의 조건에서 항량이 될 때까지 처리한다. 모든 시편들은 시편 고정틀과함께 시험을 실시한다. 시험을 위한 시편 준비는 시편 고정틀을 아래로 향하도록 하여 평평한 바닥면에 놓고 포일로감싼 시편을 노출면이 바닥을 향하도록 하여 시편 고정틀속으로 넣은 후 시편 고정틀을 시편 홀더에 고정한다.

Figure 4. Specimen Sample A & Specimen Sample B.

2.4 실험절차

콘칼로리미터를 이용한 연소성능시험은 초기 준비로 CO2트랩과 최종 수분 트랩을 점검하고 배출 유량을 (0.024±0.002) m²/s로 설정하였다. 가열강도 50 kW/m²로 하여 복사열 차단장치를 제 위치에 삽입하고 질량 측정 장치를 보호하고 있는 열 차단 장치를 제거한 후 준비된 시편과 시편 홀더를 질량 측정 장치 위에 수평(Horizontal)으로 올려놓았다. 인화 또는 일시적인 불꽃 연소가 발생된 때의 시간과 지속적인 불꽃 연소가 발생한 때 시간을 기록하고 스파크전원과 점화 장치를 제거하였다. 5분의 실험시간 동안 모든 데이터를 수집한 후 시편과 시편홀더를 제거하였다. 질량측정 장치 위에 열차단 장치를 놓고 반복해서 3개의 시편을 실험하고 그 결과를 기록하였다.⁽⁴⁾ 가스 유해성 분석은 콘칼로리미터 시험기의 가스 샘플링 환형 검침기와 적외선 분광계 샘플링 프로브를 결합한 후 콘칼로리미터법에 의한 연소 성능 시험을 실시간 측정하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 콘칼로리미터에 의한 연소특성시험 결과

화재에서 가장 중요한 물리량은 열방출률로서 화재의 전파, 온도 상승 및 연기생성량 등 모든 화재에 의해 유발되는 문제와 밀접한 관계를 가지고 있다.(5) Sample A(일반 폼블럭) 1종과 Sample B(난연 폼블럭) 1종, 총 2종에 대하여 콘칼로리미터 실험을 실시하였으며, 실험 전 · 후의 시편에 대한 결과를 Figure 5와 Figure 6에 나타낸 것이다. Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블럭) 시편 모두 연소실험을 시작하면서 복사열 차단 장치를 제거하자마자 연소되었으며 잔유물은 남아 있지 않았음을 확인할 수 있었다. 건축물 마감재료의 난연성능 및 화재확산 방지구조 기준(국토교통부 고시 제2015-744호, 2015.10.13.) 제4조에서 &ld quo; 난연재료‘는 한국산업규격 KS F 5660-1에 따른 가열시험 개시 후 5분간 총방출열량이 8 MJ/m² 이하이며, 5분간 열방출률이 10초 이상 연속으로 200 kW/m²를 초과하지 않으며, 5분간 가열 후 시험체를 관통하는 균열, 구멍 및 용융 등이 없어야 한다고 규정되어 있다. 실험결과 Sample B는 난연재료 기준을 충족되지 못함을 확인하였다.

Figure 5. Foam block sample A specimen before and after a cone calorimeter test.

Figure 6. Foam block sample B specimen before and after a cone calorimeter test.

3.1.1 착화시간

1. Sample A(일반 폼블럭) 1종과 Sample B(난연 폼블럭)1종, 총 2종에 대하여 콘칼로리미터 실험을 실시하면서각 종류별 3개의 시편을 준비하여 실험 한 결과, 착화시간은 시편 총 6점 모두 1초 이내로 나타났다. 폼블럭의 주재료인 폴리에틸렌은 열가소성 수지로 화기에 취약한 재료임을 확인하였고, Sample A(일반 폼블럭) 뿐만 아니라 Sample B(난연 폼블럭)도 동일한 콘칼로리미터 실험조건인 50 kW/m² 열유량(Heat flux)에서 큰 차이가 없이 쉽게 연소되는 것을 알 수 있었다.

3.1.2 열방출 특성

본 연구에서 사용한 폼블럭의 주요 구성성분인 폴리에틸렌은 연소속도가 빠르고 다양한 종류의 독성가스가 발생하는 특징이 있다. 또한, 폴리에틸렌은 열가소성 수지로 연소시 고온의 용융물이 낙하하여 2차 위험성이 발생할 수 있다. 폼블럭의 최대 열방출율과 평균 열방출율은 Table 2과 Figure 7에 각각 나타내었다. Sample A(일반 폼블럭)의 최고치는 280.57 kW/m²이고, 최저치는215.63 kW/m², Sample B(난연 폼블럭)의 최고치는 277.04 kW/m²이고 최저치는 254로 큰 차이가 없었으며, 최대 열방출율에 도달시간도 10초에서 20초 사이도 대동소이 하였다. 열방출량(MJ/m²)은 불의 세기를 나타내므로 시료의 열방출 특성을 알 수 있는 측정값이다. Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블럭)의 소재는 화재시 화염의 급속한 전파 요인이 될 것으로 예상된다.

Table 2. Maxium (Peak) of Heat Release Rate for Samples A and B

Figure 7. Heat release rate of samples A and B.

Figure 8은 Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블럭) 2종류의 폼 블록 연소로 인해 방출된 총열량을 나타낸 것으로 5분간의 실험시간에 대한 값이다. 실험 결과 2종류의 폼 블럭의 재료 구성의 차이는 크지 않음을 알 수 있다. Sample A(일반 폼블럭) Sample B(난연 폼블럭) 구분 없이착화 직후 순간적인 열방출이 일어나고 5분의 실험 시간 내내 비슷한 패턴을 보이고 있음을 알 수 있다. Sample A시편 3개의 총방출열량이 평균 11.9 MJ/m²인 반면, Sample B는 12.8 MJ//m²로 나타나 Sample A(일반 폼블럭)보다는 Sample B(난연 폼블럭)의 총 발열량이 다소 많음을 나타내고 있다. 이는 Sample B(난연 폼블럭)의 소재 구성상 추가된 물질들이 있고, Table 5에서 알 수 있듯이 시편의 밀도가 Sample A(0.05 g/cm³)보다 Sample B(0.052 g/cm³)가 큼에따라 발열량이 다소 증가한 것으로 판단된다.

Figure 8. Total heat release of samples A and B.

또한 콘칼로리미터법에 의한 연소성능 시험의 시험 원리인 ‘순연소열은 연소하는데 필요로 하는 산소의 양에 비례한다’는 점에 기초를 두고 있다. Figure 9는 각 시편을 50KW/m²의 복사열에 노출시켜 대기 조건에서 연소시키고 이때 산소농도 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 두 시료 모두 시험 시작 후 약 20초 부근에서 산소농도가 약 20.1%의 최저값을 나타내었다. Figure 10의 Sample A(일반폼블럭) Sample B(난연 폼블럭)의 시간에 따른 연기발생율을 비교한 것이다. 시간 경과에 따른 연기 발생율은 열방출율의 경우와 다른 경향의 그래프를 보인다. 열방출율의 경우는 착화 후 20초 내에서 최대값을 나타내고 급격하게 감소하는 반면 연기 발생율은 착화 후 20초에서 최소값을 보이며 40초 부근에서 최대값을 나타낸다. 그 후 연기 발생율은 시험 시간인 5분 까지 일정범위 안에서 큰 변동 없이 연기가 발생하였다. 이와 같은 결과는 폼블럭의 구조적 소재 사이 풍부한 산소가 존재하며, 주성분인 폴리에틸렌과 열특성이 다양한 다층구조의 성분에 기인한 것으로 판단된다. 연소초기 20초까지는 열분해와 시료 아래층의 불완전연소에 의한 연기발생이 일어나고, 40초 부근 연기발생률이 최대가 되는 것은 시료 전체적으로 연소가 일어나는 것에 기인되며, 이 후 발생하는 연기는 상대적으로 연소속도가 느린 필름층, 코팅층, 접착제 성분의 연소 또는 탄화과정에서 발생되는 연소가스라 판단된다.

Figure 9. Concentration of oxygen in combustion gas samples A and B.

Figure 10. Smoke production rate of samples A and B.

3.2 가스 유해성 분석

3.2.1 FTIR 스펙트럼

FTIR을 이용하여 수집된 스펙트럼으로부터 정성 정량분석을 수행하였다. 샘플링 라인은 별도 가열을 하지 않았고 연소가스의 응축을 최소화하기 위해 샘플링 라인을 1 m 이내로 하였다. Figure 11은 콘칼로리미터 시험기의 가스 샘플링 환형 검침기와 FTIR 가스탐지기의 샘플링 프로브를 결합한 후 측정된 폼블럭 시료의 FTIR 분석 스팩트럼이다. x축은 시료에 조사되는 적외선 파수(wave number, cm^-1)로 4,250~700 cm^-1 범위에서 측정되었으며 y축은 적외선 흡광도를 나타낸 것이다. FTIR 스팩트럼 결과 연소가스 내 다양한 성분이 존재함을 알 수 있으며, Multiply Reference Spectrum 분석 프로그램(Calcmet Lite software)을 통해 연소가스에 존재하는 각각의 성분과 농도를 측정하였다.

Figure 11. FTIR spectrum of combustion gas : (a) sample A, (b) sample B.

Table 3는 일반적인 연소가스에 대한 독성기준 값을 정리한 것이다. Time weighted Average (TWA)는 국내 고용노동부 고시를 참조한 근로자가 작업 중 노출허용농도이며, Immediately Dangerous to Life or Health (IDLH)는 일반인이 30분 동안 노출될 경우 생명 또는 건강에 즉각적인 위험을 일으키는 농도, LC50은 30분 동안 실험생물(rat)을 흡입시50% 이상 치사시킬 수 있는 농도에 해당하는 기준 값이다. 연소가스 중에서도 아크롤레인, 포름알데히드, 시안화수소, 불화수소 및 포스겐 등이 인체에 치명적인 영향을 줄 수 있는 물질임을 알 수 있다.

Table 3. Toxicity Criteria for Combustion Gases⁽⁶⁾

Table 4는 콘칼로리미터 시험기의 가스 샘플링 환형 검침기와 FTIR 가스탐지기의 샘플링 프로브를 결합한 후 측정된 폼블럭 Sample A(일반 폼블럭), Sample B(난연 폼블럭)의 측정된 연소가스 농도를 나타낸 것이다. 두 시편은 모두 5분 이내에 연소가 종료되었고, 연소가스 성분 중 공통적으로 이산화탄소, 일산화탄소, 아세트알데하이드, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 암모니아, 시안화수소, 이산화황및 이산화질소가 검출되었다. 반면 포름알데하이드, 브롬화수소, 염화수소, 불화수소 및 포스겐은 검출되지 않았다.

Table 4. Concentration of Combustion Gas (ppm)

이산화탄소와 일산화탄소 발생농도는 연소가스 성분 중 가장 높게 나온 것을 볼 수 있는데 이는 폼블럭의 주 구성 소재인 폴리에틸렌의 연소에 의한 것임을 알 수 있다. 아크롤레인은 IDLH 값이 2 ppm인 맹독성 가스로 Sample B(난연 폼블럭)에서 5.43 ppm으로 측정되었으며, 이 농도는 인체에 치명적일 수 있는 수치이다. 아크로레인은 석유제품과 유지류 등이 탈 때 생성되는 것으로 자극성이 크고 맹독성가스로 1 ppm 정도의 농도만 되어도 건강에 피해를 줄수 있으며 10 ppm 이상의 농도에서는 성인이 즉사할 수 있는 것으로 알려져 있다.⁽⁷⁾

아크릴로니트릴과 시안화수소가 Sample A(일반 폼블럭)에서 각각 1.11 ppm과 1.05 ppm이 검출되었으며, Sample B(난연 폼블럭)에서는 각각 13.12 ppm과 1.55 ppm으로 검출되었다. 아크릴로니트릴과 시안화수소는 폼블럭 제조시 사용된 접착제가 연소되면서 발생된 유해가스로 알려진 물질이다. 폼블록 연소시 주성분인 폴리에틸렌뿐만 아니라 난연성 물질과 접착제 사용량도 유해가스를 발생시킬 수 있는 중요인자 중 하나임을 알 수 있다.⁽⁸⁾

폼블럭 연소가스의 위험정도를 알아보기 위해 국제적으로 공인된(ISO 13344) 방법을 사용하여 평가하였다. 식 1은 Barbara C. etc가 실험을 통해 제시한 연소가스 독성지수를 구하는 N-Gas model 식을 기초로 하여 나타낸 것이다. ⁽⁹⁾ LC50(\(i\))은 Table 5에서 정리한 해당물질(\(i\))의 LC50 값을 사용하였고, [\(i\)]은 본 실험을 통해 FTIR로 측정한 연소가스농도값이다. CO2 농도가 5% 이하일 경우 m=-18, b=122,000이며, CO₂ 농도가 5% 이상일 경우 m=23, b=-38,600이다. 이는 CO2 농도가 5% 이상이 되면 CO의 독성은 감소한다는 연구결과에 기초한 것이다. 산소(O₂) 농도는 섹센 3.1에서 콘칼로리미터 실험을 통해 측정한 가장 낮은 산소농도(low O₂) 평균값을 사용하였다. Barbara C. etc 실험에서 흥미로운 결과는 이산화질소 존재 하에서는 시안화수소의 독성이 감소한다는 것이다.

Table 5. Low O₂ and Toxicity Value of Combustion Gas

식 1을 적용하여 Sample A(일반 폼블럭)와 Sample B(난연 폼블럭)의 연소가스 독성지수는 각각 0.069, 0.125로 계산되었다(Table 5 참조). 독성지수 값이 0.8 이상이면 생물을 치사시킬 수 있고, 1.3 이상이면 대상 생물을 100% 치사되는 값이다. Sample B(난연 폼블럭)가 Sample A(일반 폼블럭)에 비해 화재시 더 치명적인 유해가스를 발생할 수 있음을 알 수 있으며, 시료의 양을 고려할 경우 상당량의 유해 연소가스가 발생될 것으로 예측된다.

\({m[CO] \over [C)_2]-b} + {21-[O_2] \over 21- LC_{50}(O_2)} + \left({[HCN] \over LC_{50} (HCN)} \times {0.4 [NO_2] \over LC_{50} (NO_2)}\right) +\)       (식 1)

\(0.4 \left ( {[NO_2] \over LC_{50} (NO_2)} \right ) + {[i] \over LC_{50} (i)}\)

\(i\) = another species of combustion gas

4. 결론 및 제언

일상에서 시공이 편리하며, 단열 등 여러 장점이 있다는 이유로 손쉽게 사용하고 있는 폴리에틸렌 가연성 합성수지 단열 벽지인 폼블럭의 위험성 평가에 대해 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) 콘칼로리미터 시험 결과, 시험조건인 50 kW/m2 열유량(Heat flux)의 복사열 크기에서 Sample A(일반 폼블럭)과 Sample B(난연 폼블럭) 소재 모두 복사열 차단 장치를 제거하자마자 불꽂을 내며 연소를 시작하였다.

2) 난연 폼블럭은 건축물 마감재료의 난연성능 및 화재확산 방지 구조 기준 제4조에 의한 난연재료로서의 기능을 충족하지 못함을 확인하였다.

3) FTIR 시험 결과 연소가스 성분 중 공통적으로 이산화탄소, 일산화탄소, 아세트알데하이드, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 암모니아, 시안화수소, 이산화황 및 이산화질소가 검출되었다. 특히 연소가스 중 아크롤레인은 맹독성 가스로 Sample B(난연 폼블럭)에서 5.43 ppm 측정되었다. 폼블럭이 직접적인 화재유발인자는 아니더라도 화재 발생시연소를 가속화 시키고 인체에 치명적인 연소가스를 발생시킬 수 있음을 확인하였다.

제언으로, 폼블럭이 실내 마감재료로 널리 사용되고 있고, 착화성과 발열량이 높다는 점, 연소시 유해가스가 다량 방출되는 점 등을 고려하여 사용기준을 신속하게 마련해야 하겠다.