건축물, 운송수단에 많이 사용되는 고분자재료는 화재에 노출되면 다량의 열 및 연소가스를 발생시켜 피해를 야기시키는데 특히 유독성 연소가스는 인명피해의 주된 원인이 된다. 본 연구에서는 화재시 발생되는 다양한 종류의 연소가스를 동시에 연속적으로 분석할 수 있는 새로운 분석방법인 FTIR(Fourier Transform Infrared) 분석방법을 이용하여 ASTM E 1678 실험장치에서 발생시킨 PVC, FRP, SMC 및 Ureathane foam 4종의 고분자재료 연소가스를 분석하였고, 분석된 연소가스 데이터를 NIST에서 개발한 FED 독성 모델에 적용하여 연소가스 유해성을 정량적으로 제시하였다. 또한 현재 우리나라에서 사용되고 있는 마우스를 사용한 KS F 2271 가스유해성 실험결과와 비교분석을 하였으며, FTIR 연소가스 분석방법을 이용하면 동물을 사용하지 않고서도 연소가스 유해성을 정량적이고 정확하게 평가할 수 있음을 알 수 있었다.
FTIR spectroscopy, useful technology for simultaneous and continuous measurement of the various components of the automotive exhaust gas, is utilized to investigate catalytic reaction charactristics of methane and a few unregulated exhaust emissions of NGV. Major findings are (1) catalytic reaction characteristics of methane measured in unsteady states of varying temperature are similar to those measured in steady states, (2) about 24 % of NO was oxidized to $NO_2$ as soon as they encounter catalysts, (3) study of formaldehyde suffers from difficulties in measurement due to the proximity in wavenumber of formaldehyde and methane, and requires an analyzer of higher resolution and accuracy than used in this study.
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.
FTIR 분광계는 간섭계를 사용하여 표적 물질에 대한 간섭무늬를 획득하고, 이를 푸리에 변환함으로써 기체상태 물질의 적외선 영역 스펙트럼을 획득하기 위한 유용한 기법이다. 본 논문에서는 불규칙적 위치에서 간섭무늬 샘플링에 관하여 고속 스캔 간섭계의 신호처리에서의 샘플링 노이즈 영향에 대한 연구와 이에 대하여 실험적으로 검증 하였다.
국내 건축물 마감재는 국토교통부 고시에 따라 KS F 2271 기준에 의해 평가되어지고 있으며, 이 실험은 실험동물을 사용하여 평가하고 있다. 본 연구에서는 가연성이 높은 유기물 단열재 EPS, 우레탄, 페놀폼에 대해 실험을 진행하였다. 이 3종의 단열재가 연소 시 발생되는 유해성 가스에 의한 실험용 쥐의 평균행동정지시간을 측정하여, 실험용 쥐의 행동정지에 대한 원인을 분석하고자 하였다. 실험용 쥐의 행동정지에 대한 원인분석방법으로는 FTIR 분석과 연기밀도실험을 진행하였고, 마우스의 행동정지 원인을 입자상물질에 의한 질식과 가스상물질에 의한 독성흡입으로 구분하여 실험결과를 분석하였다. 실험결과 우레탄이 가장 유해한 단열재로 평가되었으며, 가스유해성 실험결과에 대한 원인분석으로 FTIR분석과 연기밀도 실험을 진행한 결과, 독성흡입에 의한 영향보다 질식에 의한 실험용 쥐의 행동정지가 높은 것으로 나타났다. 본 연구는 유해성가스의 원인분석에 대한 기초연구로서, 독성의 근거를 마련하고 나아가 다양한 재료와 가스에 대한 분석을 통하여 보다 구체적인 독성평가의 기준이 마련될 수 있을 것으로 기대된다.
This study was conducted to investigate the pyrolysis characteristics of switchgrass using TGA-FTIR instrument. Switchgrass is a high yielding perennial grass that has been designated as a potential energy crop, because of its high energy value. Ground switchgrass were pyrolysed at different heating rates of 10, 20, 30, and $40^{\circ}C/min$ in a TGA-FTIR instrument. The thermal decomposition characteristics of switchgrass were analyzed, and the gases volatilized during the experiment were identified. The thermal decomposition of switchgrass started at approximately $220^{\circ}C$, followed by a major loss of weight, where the main volatilization occurred, and the thermal decomposition was essentially completed by $430^{\circ}C$. The pyrolysis process was found to compose of four stages; moisture evaporation, hemicellulose decomposition, cellulose decomposition, and lignin degradation. The peak temperatures for hemicellulose decomposition ($306^{\circ}C$ to $327^{\circ}C$) and cellulose decomposition ($351^{\circ}C$ to $369^{\circ}C$) were increased with greater heating rates. FTIR analysis showed that the following gases were released during the pyrolysis of switchgrass; $CO_2$, CO, $CH_4$, $NH_3$, COS, $C_{2}H_{4}$, and some acetic acid. The most gas species were released at low temperature from 310 to $380^{\circ}C$, which was corresponding well with the observation of thermal decomposition.
대기 오염에 관한 연구가 진행되면서 광화학반응에 기여도가 높고, 인체에 직, 간접적으로 영향을 미치는 Volatile organic carbons(이하 VOCs)를 측정하는데 많은 연구가 진행되어져 오고 있다. Gas chromatography와 같은 sampling method에 의한 농도 측정 방법은 정확한 농도를 측정 할 수 있다는 장점은 있지만, 대기 중 광화학반응 기작을 연구하는데 있어서 오존과 VOCs를 포함한 화학종들의 공간적, 시간적인 농도 변화를 분석하는데 한계를 가지고 있다. (중략)
In this work BN thin films were deposited on Si substrate by R. F. sputtering method at $200^{\circ}C$ and in Ar + $N_2$ mixed gas atmosphere. In order to investigate the effect of ion bombardment on substrate for c-BN bonding, substrate bias voltage was applied. The optimum substrate bias voltage for c-BN bonding was determined by FTIR analysis on specimens which were deposited with various bias voltages. Then BN thin film was deposited with this optimum condition and its phase, morphology, chemical composition, and refractive index were compared with those of BN film which was deposited without bias voltage. FTIR results showed that BN films deposited with substrate bias voltage were composed of mixed phases of c-BN and h-BN, while those deposited without bias voltage were h-BN only. When pure Ar gas was used for sputtering gas, BN films were delaminated easily from substrate in air, while when 10% $N_2$ gas was added to the sputtering gas, although c-BN specific infrared peak was reduced, delamination did not occur. GXRD and TEM results showed that BN films were amorphous phases regardless of substrate bias voltage, and AES results showed that the chemical compositions of B/N were about 1.7~1.8. The refractive index of BN film deposited with bias voltage was higher than that without bias voltage. The reason is believed to be the existence of c-BN bonding in BN film and the higher density of film that deposited with the substrate bias voltage.
2.45 GHz 마이크로웨이브를 사용하는 전자회전공명 플라즈마를 이용하여 화학적 기상증착(electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition; ECR-PECVD) 방법으로 ECR 마이크로웨이브 power, CH$_4$/H$_2$가스 혼합비와 유량, 증착시간, 그리고 기판 bias 전압 등을 변화시켜 가면서 수소가 함유된 비정질 탄소(a-C:H) 박막을 증착하였고, 증착시킨 박막의 특성을 AES(Auger electron spectroscopy), ERDA(elastic recoil detection analysis), FTIR(Fourier transform infrared) 및 Raman 측정 등으로 조사하였다. 증착시킨 a-C:H 박막은 탄소 및 수소원소들로만 구성되어 있음을 AES 측정으로 확인하였다. 그리고 FTIR 측정으로부터 a-C:H 박막은 대부분 sp$^3$결합을 하고 있고 일부는 sp$^2$결합을 하고 있음을 확인하였으며, CH$_4$/H$_2$가스 혼합비와 유량의 변화가 a-C:H 박막의 탄소와 수소의 결합구조에 큰 영향을 미치지 않았으며, 다만 증착시간이 증가할수록 탄소와 수소 원자들의 결합구조가 $CH_3$구조에서 CH$_2$나 CH 구조로 변하고 있음을 알았다. 또한 Raman 스펙트럼의 Gaussian curve fitting을 통하여 sp$^3$/sp$^2$의 결합수에 비례하는 D 및 G peak의 면적 강도비(I$_{D}$/l$_{G}$)는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 증가하였으며, 경도도 역시 증가하였다.하였다.
국내에서는 현재 샌드위치패널의 화재성능 평가를 위하여 KS F 2271(건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법)을 사용하고 있다. 그 중 연기 및 연소독성가스에 대한 시험인 가스유해성 시험은, 건축 재료 및 내장재의 연소시 발생하는 가스의 유해성을 마우스의 평균 행동정지시간으로 측정하는 방법으로, 정량적인 방법이 아니므로 마우스의 상태나 시험조건에 따라 시험결과가 달라질 수 있다. ISO 5659-2 연소챔버 시험방법은 광학밀도를 정량적으로 측정할 수 있으며, FTIR을 이용한 유독가스 분석이 가능하다. 본 연구에서는 ISO 5659-2 연소챔버 시험방법을 사용하여, 국내에서 일반적으로 사용되는 4종의 샌드위치패널 단열재의 광학밀도를 측정하여 각 시험체와 비교하였다. 또한, 시험체마다 3번의 시험 중 두 번째 시험시 FTIR 분석을 수행하여 HCl, $NO_2$ 등의 정량적 결과를 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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