고분자물질 바닥재의 열적특성에 관한 연구

Abstract

각종 건축자재들로부터 발생되는 유해가스는 종류가 다양할 뿐만 아니라 장기간 지속적으로 인체에 축적될 경우에는 해를 끼치는 것으로 알려져 있으나 아직까지 이에 대한 인식은 매우 미흡한 실정이다. 그 중 고분자물질로 된 바닥재는 실내공간을 구성하는 구조물에 대한 마무리와 장식을 겸한 재료이며 내부공간에 대한 기능과 함께 요구되는 다른 성능들을 충족시켜야 한다. 이러한 바닥재들은 비교적 낮은 온도의 열에 의해 용이하게 분해하고 발화, 연소하는 단점을 가졌을 뿐 만 아니라 분해되면서 많은 종류의 유독가스를 다량으로 배출시켜 안전사고를 발생시킬 소지가 높다[1,2]. 본 연구에서는 실내의 바닥내장재 중에서 가장 많이 이용되고 있는 PVC를 주원료로 하는 고분자물질 바닥재를 시료로 선택하였다. 이 바닥재는 일상생활과 밀접한 관계를 가졌기 때문에 그 소비량은 절대적인 수요를 가지고 있으며, 가격이 저렴하고 시공이 간편한 장점을 가지고 있다. 또한 제품의 종류가 다양하고 위생적일 뿐만 아니라 내수성이 뛰어나고, 자연 상태에서 쉽게 물성이 변하지 않는다. 반면에 내구연한이 짧고 내압인성이 부족할 뿐만 아니라, PVC 계통 바닥재의 대부분은 석유화학제품으로서 화재가 발생하였을 때에는 연소반응이 급격하게 진행됨에 따라 일시에 많은 열이 발생되고 효과적인 산소공급이 어려워 불완전 연소에 의한 유독가스가 생성되는 것이 큰 단점이다. 특히 이들은 밀폐된 실내에서는 소량만 발생하여도 자극적인 냄새와 함께 호흡기 등을 자극할 뿐만 아니라 피로감, 메스꺼움 또는 집중력 감소 등을 일으켜 인체에 해로운 영향을 미치고 있다[2,3]. 그러므로, 이와 같은 고분자물질 바닥재가 고온 환경에 노출되었을 경우나 화재가 발생하였을 경우에 생성되는 유독성가스들로부터 발생될 수 있는 인적재해의 가능성을 예측하여 그 대비책을 강구하는데 도움이 되고자 하는 것이 본 연구의 목적이다. 따라서 이러한 재료들의 물성변화를 조사하고 열적거동을 정확하게 예측하는 것은 대단히 중요하다. 이를 위하여 DSC (Differential Scanning Calorimeter: 시차주사열량계)로부터 얻은 열분해곡선의 모양에 따라 반응기구의 특성치인 활성화에너지 및 열화메카니즘 규명이나 열안정성을 예측하였다. Kissinger법과 DSC법을 이용하여 활성화에너지를 구함으로서 물성과 성능에 대한 제품의 열적특성을 파악하고 고분자물질의 활성화에너지의 변화 상태를 조사하였으며, 적외선 분광분석으로 열분해 형태를 예측하고, GC-MS 분석을 통하여 열분해시 생성물의 정성·정량을 확인하여 화재발생가능성에 대한 안전공학적인 자료를 확보함은 물론이고, 이러한 고분자물질이 고온영역에서 열분해를 할 때 생성되는 유독성 가스나, 환경호르몬에 관련된 독성물질의 생성여부와 그 종류를 조사하였다. 특히 공기유통이 잘 되지 않는 한정된 공간에서 이러한 독성물질들이 발생될 때 이 공간에 있는 사람들이 의식불명상태로 되거나, 사망할 수 있기 때문에 GC-MS분석을 통한 정성·정량을 활용하여, 공시유기체인 동물에 대한 노출실험이나 임상실험을 거치지 않고 NFPA 269[4]에 의한 유효량분율(FED: fractional effective dose)을 계산하여 반수치사량(LC50 : lethal concentration)을 추측함으로서 인명보호를 위한 자료로 활용하고자 한다.

Polymeric floorings mainly consisted of PVC are easily decomposed by many kinds of hot environmental factors, then generate hazardous asphyxiate gases and/or toxic gases etc. Therefore the mechanism of decomposition and quantitative toxic indices of products are very important for preventing safety and health disasters, especially in case of confined area. So we have investigated decomposition kinetics, numbers of process involved, toxicity indices of product and so on, using DSC, TGA, FT-IR and Pyrolyzer-GC/MS. The thermal decomposition process of polymeric floorings can be mainly divided by dehydrochlorinated reaction and polyene decomposition step, and activation energies of those are approximately 53.93 ~ 62.42 kcal/mol. Especially lethal concentration(LC50), fractional effective dose(FED) are calculated by measuring the amount of decomposition product. The values on LC50 of sample G are ranged 2,003 ~ 2,019 mg/m3, in case of sample K and H are 1,877, 1,998 g/m3 respectively. Even if the results are estimated by calculation method without animal test and/or clinical demonstration, these values could be very useful data for occupational health, hygiene and safety control.