13. 고분자 화합물의 훈소(Smoldering)

고분자 화합물의 훈소(Smoldering)

 

1. 개요

일반적으로 건물 내에서 발생하는 화재는 내장 재료와 가구를 구성하고 있는 고분자 물질을 중심으로 한 유기재료가 복잡하게 조합되어 연소하는 현상이다

보통 분자량이 10,000이상 되는 화합물의 경우를 고분자라고 하며, 대부분 탄소를 기본골격으로 하고 있다. 대표적으로 플라스틱을 예로 들 수 있다

고분자 화합물의 종류

• 합성수지 : 열경화성 수지(페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지 등) , 열가소성 수지(폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 등)
• 합성섬유 : 석유와 천연자원으로부터 화학적으로 합성한 섬유(폴리비닐계 섬유, 아미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유)
• 합성고무 : 네오프렌 고무

---

2. 훈소(Smoldering) 생성과정 및 생성물

생성과정

열분해에 의하여 가연성 생성물이 생겼을 때 훈소의 생성은 바람에 의하여 그 농도가 현저히 저하 또는 희석되었다든지 공간이 밀폐되어 있어서 산소공급이 부족하게 되는 등의 일이 있으면 가연성 혼합기체는 형성되지 않고 발염도 되지 않으며, 다량의 연기만(액체 미립자 계통의 분해생성물) 직접 계외로 배출되는 현상

 

훈소의 생성물

훈소의 단계는 산소가 15% 이하로 감소하고 반대로 CO는 증가하며 거기에 타르나 미연소 가스가 증가한 상태이다

훈소에서의 분해 생성물은 화염이라고 하는 고온의 場을 통과하지 않으므로

• 그대로의 모양으로 외부에 방출되기 쉽고，
• 분자량이 큰 특유의 냄새가 있는 물질이나
• 독성이 있는 생성물이 나올 가능성이 높다

또 이와 같이 화염을 통하지 않는 직접 경로로 분해 생성물이 외부로 방출되는 경우에는 생성물에 포함된 비점이 낮은 성분은 생성 시에는 기체 상이라 할 지라도 점점 냉각되며 액적이 된다. 따라서 훈소에 의하여 발생되는 연기는 액체 미립자의 것이 되며 이것은 화염 중에서 생성되는 그을음과 같은 고체 미립자계의 연기와는 성질을 달리한다

---

3. 훈소의 특징

• 비교적 느린 연소과정으로 공기 중의 산소와 고체연료 사이에서 발생
• 반응은 고체 표면에서 일어나고 산소는 표면을 향하여 확산해 감으로서 그 표면은 불꽃 없이 작열하고 숯이 생성되며 작열 현상에 의해 1,000 ℃이상이 된다
• 연소과정이 불완전함에 의해 CO² 대신에 높은 CO의 상태가 되며 보통 10%이 상의 연료 중량이CO로 전환한다
• 훈소의 과정은 대단히 느리기 때문에 공기가 많이 필요치 않고 훈소 속도는 1~5 mm/min 정도이다
• 훈소는 매우 느리게 진행되지만 CO가스를 생성하기 때문에 인체에 치명적인 손상을 준다

---

4. 고분자 물질의 연소확대 거동

• 고분자 물질은 그 일부에서 발화가 일어나면 화염의 열이 미연 부분으로 전달되기 때문에 주위로 연소가 확대된다
• 이 거동은 액온이 인화점보다 낮은 경우의 액면상의 연소확대와 같은 예열형이다. 고체에서는 액체와는 달리 연소확대의 방향이 다양하다. 가연성 가스의 발생은 열분해라고 하는 화학반응에 기인하며 기체와 고체 간의 평형은 아니다. 예열의 방법은 화염 부착점 부근에 있어서 열방사와 열전도이지만 대부분의 경우 열전도의 영향이 크다. 고분자 재료 등 고체의 전면 연소 속도는 자연대류 전열로 지배된다고 생각되며 이는 고체 연소에서는 화염 내의 화학반응이나 열방사를 무시하여도 된다는 것을 의미한다.
• 훈소의 연소 속도 = P² X ℓ³ 여기서, p : 압력,  ℓ: 대표 깊이