화재안전을 위한 건축물 실내재료의 재질특성에 관한 연구 = A study on the Improvement of Fire Stability through Heating Charateristics Analysis of Building interior Materials

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The effect of Al(OH)₃on physical, thermal, and retardant property of rubber was studied. It was analyzed by statistical experimental design method with one way array to confirm the effect of factors.
Physical characteristics, thermal pyrolysis temperature, and combustion time were considered as the properties. The amount of Al(OH)₃addition was chosen as significant parameter.
As the result of ANOVA analysis, thermal pyrolysis temperature increased and combustion time decreased with increasing of Al(OH)₃.
Wood/PP composite materials were prepared by Taguchi robust design method with L9 orthogonal array to optimize experimental conditions. Tensile strength of the composite materials was considered as the main properties. Amount of wood powder and modifier of resin were chosen as significant parameters. As the result of Taguchi analysis in this study, the amount of wood powder was the most influencing parameter on the increase of tensile strength. The optimal conditions were determined and these results were good agreement with data analyzed by Taguchi robust design method.
Isothermal and non-isothermal pyrolysis of polystyrene was carried out for getting from polystyrene to oil and gas product, respectively. It was analyzed by statistical experimental design method with one way array to confirm the effect of factors.
Yield of the oil and gas was considered as the properties. Heating rate and reaction temperature were chosen as significant parameters. As the result of ANOVA analysis, yield of gas decreased and yield of oil increased with increasing of heating rate and reaction temperature, respectively, in the isothermal and non-isothermal conditions.

국문 초록 (Abstract)

우리가 생활하는 건축물에는 건축법과 소방법에서 화재안전을 위해 적용을 받는 실내 마감재와 법의 적용을 받지 않은 실내장식품과 생활용품들이 있으며 이것들은 보통 고무와 목재 그리고 플라스틱이 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 화재안전에 중요한 요소인 난연성과 기계적 강도 그리고 유해가스의 발생을 실험을 통해서 분석하고자 하였다. 이를 위해 실험계획법의 아노바(ANOVA) 분석을 비롯한 다구찌(Taguchi) 방법을 적용하였으며, 주요 연구방법 및 실험결과는 다음과 같다.
먼저 고무에 수산화알루미늄을 첨가하는 실험을 수행하여 난연 성질에 미치는 영향을 조사하였다. 그리고 인자들의 영향을 확인하기 위해 일원배치법을 통한 통계적 실험계획법을 통한 실험결과를 분석하였다. 특히, 본 실험에서는 물리적 특성, 열분해 온도 그리고 연소시간이 주요변수로 고려되었으며, 수산화알루미늄의 첨가량이 주요 인자로 선정되었다. ANOVA 분석결과, 수산화알루미늄의 첨가량이 증가함에 따라 열분해 온도는 증가하고, 반대로 연소지속시간은 감소하는 것을 알 수 있었다.
또한, 목재의 기계적 강도를 증가시키는 실험으로 목분에 폴리프로필렌을 첨가한 복합재료가 Taguchi 둔감 설계방법으로 제작하였으며, 이때 L9형 직교 배열 표를 사용하여 최적의 실험조건을 얻었다. 특히, 본 실험에서는 기계적 강도가 중요 특성치로 고려되었으며, 목재와 개질제의 양이 중요한 인자로서 선정되었다. Taguchi 방법에 의한 실험결과, 목재의 목분 양이 기계적 강도를 증가시키는 가장 중요한 인자임을 알았다. 그리고 최적 조건이 결정되었으며, 이 결과는 Taguchi 방법에 의해서 분석되어 구해진 자료는 목분과 폴리프로필렌의 조합이 최적의 조건일 때 목재보다 기계적 강도가 증가함을 알 수 있었다.
마지막 실험은 플라스틱 연소 때 발생하는 유해가스 발생을 알아보기 위해서 비 등온 및 반응온도 조건에서 플라스틱류인 폴리스티렌의 열분해를 통한 오일과 가스의 회수실험을 시행하였다. 그리고 인자들의 영향을 확인하기 위해 일원배치법을 통한 통계적 실험계획법으로 실험결과를 분석하였다. 그 결과 본 실험에서는 오일과 가스의 회수율을 특성치로 고려되었으며, 가열 속도 및 반응온도가 주요 인자로 선택되었다. ANOVA 분석 결과, 비 등온과 반응온도 조건에서 가열 속도 및 반응온도가 증가함에 따라 가스의 회수율은 감소하고 오일의 회수율은 반대로 증가함을 알 수 있었다. 즉 온도가 상승하여 고열에 의한 완전연소에 가까워지면 유해가스는 감소하고 반대로 오일은 증가함을 알 수 있었다.
이상과 같이 실험의 결과는 화재안전 연구에 핵심인 난연성과 기계적 강도 그리고 유해가스발생에 중요한 검증자료가 되었다. 또한, 실내장식용품으로 많이 쓰이는 고무와 목재 그리고 플라스틱의 재질 특성을 파악하였으며 이를 바탕으로 건축물 실내재료의 재질특성을 화재안전의 기초 자료로 삼고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 목적 1
• 제2절 연구 방법 및 범위 3
• 1.2.1 연구 방법 3
• 1.2.2 연구 범위 4
• 제2장 이론적 고찰 5
• 제1절 선행 연구 5
• 제2절 건축물의 화재안전 13
• 2.2.1 시험기준 현황 13
• 2.2.2 대표적 시험항목 14
• 제3절 건축물 실내재료의 특성 18
• 2.3.1 목재의 화재안전 상의 문제점 18
• 2.3.2 석유화학제품의 화재 및 연소가스 특성 19
• 2.3.3 플라스틱 특성 21
• 제4절 재료의 난연성 특성 27
• 2.4.1 난연제 분류 및 메카니즘 28
• 2.4.2 할로겐계 난연제 31
• 2.4.3 비 할로겐계 난연제 31
• 2.4.4 난연제 개발동향 37
• 제3장 건축물 실내재료의 재질특성 실험 39
• 제1절 실험 분석방법 39
• 3.1.1 다구찌 방법 39
• 3.1.2 손실함수와 S/N 비 42
• 제2절 고무의 난연 특성 실험 44
• 3.2.1 실험개요 44
• 3.2.2 실험방법 46
• 제3절 목재의 기계적 특성 실험 48
• 3.3.1 실험개요 48
• 3.3.2 실험방법 50
• 제4절 플라스틱의 유해가스 발생 실험 53
• 3.4.1 플라스틱의 연소 특성 53
• 3.4.2 플라스틱의 화재 위험성 56
• 3.4.3 실험개요 59
• 3.4.4 실험방법 60
• 제4장 건축물 실내재료의 재질특성 실험 결과 및 분석 63
• 제1절 고무의 재질 난연 특성 실험 결과 및 분석 63
• 4.1.1 Al(OH)3의 변화에 따른 물리적 성질의 ANOVA 분석 63
• 4.1.2 Al(OH)3의 변화에 따른 열적 안정성의 ANOVA 분석 67
• 4.1.3 Al(OH)3의 변화에 따른 난연 특성의 ANOVA 분석 68
• 제2절 목재의 기계적 특성 실험 결과 및 분석 70
• 4.2.1 다구찌 디자인과 분산 분석 70
• 4.2.2 S/N 비를 이용한 각 인자별 수준 분리 72
• 4.2.3 개질제와 목분 양의 영향 및 최적 조건의 결정 73
• 제3절 플라스틱의 유해가스 발생 실험 결과 75
• 4.3.1 비 등온 및 반응온도 조건에서의 회수율변화 75
• 4.3.2 비 등온에서 가스 및 오일의 ANOVA 분석 78
• 4.3.3 반응온도에서 가스 및 오일의 ANOVA 분석 79
• 제4절 화재안전을 위한 종합적 분석 80
• 4.4.1 화재안전에 관한 규정 80
• 4.4.2 화재안전 및 실험과의 연관성 92
• 제5장 결론 및 향후 연구과제 95
• 제1절 결론 95
• 제2절 향후 연구과제 97
• 참고문헌 98
• 부록 106
• Abstract 130