Thermal residues analysis of plastics by FT-near infrared spectroscopy

Identifying the components of residues that are not completely burned at the sites of fires site can provide valuable information for tracing the causes of fires. In order to clarify the types of plastic combustion residues found at the scenes of fires, we studied the residue formed after the combustion of polyethylene (PE) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS). Plastic samples were burned at 200, 300, 350, 400, and $500^{\circ}C$ for 3 min using a cone calorimeter, and the changes in weight and combustion products were observed. The powder products obtained by lyophilization and pulverization of the combustion products obtained at each temperature were analyzed by a Fourier transform-near infrared (FT-NIR) spectrometer. When the PE samples were burned, the weight did not change up to $350^{\circ}C$, however a significant change in the weight could be measured above $400^{\circ}C$. The principal component analysis (PCA) of the FT-NIR spectra of the PE and ABS samples obtained at each temperature confirmed that the combustion residues at each temperature were PE and ABS, respectively. Therefore, the types of unburned plastics found at the sites of fires can be confirmed rapidly by near infrared spectroscopy.

근적외선분광법을 이용한 플라스틱류의 연소 잔류물 분석

화재 현장에서 완전 연소하지 않은 잔류물의 성분을 규명하는 것은 화재 원인을 추적하는 중요한 단서가 된다. 화재 현장에서 많이 발견되는 플라스틱 연소 잔류물의 종류를 규명하기 위하여 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE) 수지와 Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) 수지의 연소 후 잔류물에 관한 연구를 진행 하였다. 콘 칼로리미터 (Cone calorimeter)를 사용하여 플라스틱 시료를 200, 300, 350, 400, $500^{\circ}C$로 각각 3분 동안 연소시킨 후 변화된 무게와 연소생성물을 얻었다. 각 온도에서 얻어진 연소생성물을 동결 건조 후 분쇄한 분말 시료를 FT-near infrared (NIR) spectrometer로 스펙트럼을 측정 하였다. 폴리에틸렌 수지 시료를 연소시켰을 때 $350^{\circ}C$까지는 무게의 변화가 없었으나 $400^{\circ}C$ 이상에서는 급격한 무게의 변화를 측정 할 수 있었다. 각 온도에서 얻어진 폴리에틸렌 수지 및 ABS 수지 시료의 FT-NIR 측정 스펙트럼을 주성분 분석(Principle component Analysis, PCA)를 통해서 연소 잔유물이 폴리에틸렌과 ABS 지임을 확인할 수 있었다. 따라서 근적외선 분광법으로 화재현장에서 발견되는 불연소 플라스틱의 종류를 신속하게 확인할 수 있었다.