산업기술이 발달함에 따라 다양한 소재가 개발되어 지고 산업혁명 이후 중화학 산업이 급속도로 성장하게 되었다. 따라서 각종 유기화합 제품이 다양한 형태로 제품화 되어 생산되고 있다. 이러한 소재는 선박 및 건축, 철도분야에 활용 되고 있으나 강도, 단열, 실내 인테리어 등의 이유로 크고 작은 화재가 발생하고 있다. 따라서 화재로부터 인명과 재산피해를 최소화 하고자 국내 및 해외에서는 구조별, 재료의 난연 성능을 제정하여 운영하고 있으며 또한 산업분야별 화재안전기준을 제정하여 운영하고 있다.

선박에서의 난연성능기준 으로는 국제해사기구(IMO)에 의해 승인된 International Code for Application of Fire Test Procedures, 2010/Annex1 Fire test procedures/Part2 Smoke and toxicity, Part5 Test for surface flammability [1]를 통하여 선박용 내장 재료의 난연성능을 평가하고 격벽(Bulkhead), 벽(Wall), 천정(ceiling), 표면바닥재(Floor coverings), 1차 갑판 피복재(Primary deck coverings)의 적용부위별 기준을 정하여 운영하고 있다. 이 중 Part2 Smoke and toxicity 항목은 소재의 연소 시 발생하는 연기의 밀도와 연기에 침식되어 있는 유독성 가스를 측정하여 유독성을 평가하고 있다. 국내의 유독성 가스를 평가하는 분야는 선박 이외에 건축 및 철도 분야에서도 별도의 기준을 마련하여 독성 기준에 적합한 소재를 적용하고 있다. 건축 분야의 경우 국토교통부고시 제2017-744호[건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준] [2]의 규정에 따라 한국산업규격 KS F 2271:건축물 마감재료의 가스유해성 시험 방법[3]으로 연소가스의 유독성을 측정하도록 규정하고 있다.

철도 분야 역시 마찬가지로 동 고시 제2017-138호[철도차량기술기준] Part 51 도시철도차량(전동차)기술기준[4]에서 성능기준을 규정하고 있으며 시험방법은 BS 6853:Code of practice for fire precautions in the design and construction of passenger carrying trains [5]를 통하여 측정하도록 규정하고 있다.

현재 지구상에 존재하는 모든 물질은 연소시 가스와 soot가 동시에 발생한다. 이 중 연소 가스의 경우 FT-IR을 활용하여 화재생성물의 독성을 측정할 수 있도록 국제표준규격ISO 19702:2006 Toxicity testing of fire effluents-Guidance for analysis of gases and vapours in fire effluents using FTIR gas analysis. [6]에서 규정하고 있으나 soot의 경우 정량적인 측정방법이 마련되어 있지 않아 soot의 위험성에 대하여 예측이 어려운 상황이다.

연소가스의 독성분석과 soot등에 관한 선행연구결과에 따르면 연소생성물에는 화재조건 및 가연물에 따라 각기 다른 연소가스와 soot가 발생하고 이때 발생되는 soot는 금속증기, 다이옥신, HCL, HF 등 여러 종의 가스가 흡착되어 크기가 달라지며 흡입할 경우 평균 직경 2.5 ㎛ 미만인 입자는 폐의 심부까지 침투할 수 있고 보다 큰 입자는 호흡기 및 기도에 누적되어 질식을 유발 할 수 있다고 한다[7][8].

따라서 본 논문에서는 선박, 건축, 철도 분야에서 규정한 유독성 평가방법에 따라 유독가스와 soot를 동시에 다량으로 발생시키는 우레탄소재를 대상으로 일반 우레탄보드와 난연 우레탄보드에 대하여 연소독성을 측정 하여 시험 결과를 비교 분석 하였으며 선행 연구 결과를 바탕으로 soot가 시험결과에 영향을 줄 수 있는 여부에 대하여 예측하게 되었다.

선박과 철도 분야는 FT-IR을 활용하여 연소 시 발생하는 연소가스를 분석한 결과, 가스의 성분으로는 CO, CO₂, HCN이 검출 되었다. Figure 5는 CO, CO₂, HCN의 표준가스의 스펙트럼으로 각 가스의 Finger-print영역을 나타내고 있다.

Figure 6 ~ Figure 8은 각각 25 ㎾/㎡ flame, 25 ㎾/㎡ non-flame, 50 ㎾/㎡ non-flame의 연소가스에서 분석된 스펙트럼을 나타내고 있다. Figure 5 표준가스의 스펙트럼과 Figure 6 ~ Figure 8의 CO, CO₂, HCN의 Finger-print영역이 일치함으로 3종의 가스가 검출되었음을 알 수 있다.

Figure 5: 
Standard gas spectrum of CO, CO2, HCN

Figure 6: 
25 ㎾/㎡ flame Spectrum

Figure 7: 
25 ㎾/㎡ non flame Spectrum

Figure 8: 
50 ㎾/㎡ non flame Spectrum

Table 4는 25 ㎾/㎡ flame, 25 ㎾/㎡ non-flame, 50 ㎾/㎡ non-flame에서 정량적으로 분석된 가스의 농도를 보여주고 있다.

모든 분야에 내장 단열소재로 사용이 되고 있는 우레탄 보드(일반 우레탄, 난연 우레탄) 2종에 대하여 선박, 철도, 건축 각 분야에서 규정하고 있는 연기 독성에 대하여 측정 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

(1) 선박 분야의 유독성 측정 결과, 난연 우레탄보드에서 난연성능 향상을 위해 난연 처리를 함에 따라 CO량이 성능기준보다 높게 측정이 된 것으로 사료된다. 따라서 제품의 난연성능 만을 고려할 경우 가스의 기준을 초과할 수 있음을 알 수 있었으며 또한 FT-IR을 통한 연소가스의 분석 시 시험체가 연소 할 때 발생하는 soot의 양이 결과에 영향을 미칠 수 있는 가능성과 이에 대한 개선점등의 따른 추가 연구가 필요함을 알 수 있었다.
(2) 철도 분야는 조선과 마찬가지로 동일한 방법으로 유독성을 평가하고 있으나 가열조건은 한가지로서(25 ㎾/㎡ flame mood)해당 조건을 통하여 연소하고 검출된 가스의 농도를 주어진 식에 따라 독성지수 R을 산출 하였으나 철도차량기술기준에서 규정하고 있는 단열재의 독성지수 최고 등급[4] 보다 적은 수치가 산출 되었다. 연기독성의 측정 결과는 가장 안정적인 결과가 도출 되었으나 철도차량의 단열재를 평가하는 방법 중 연소 독성이 아닌 다른 시험 항목(열방출률, 화염전파성 등)을 모두 만족해야 함으로 연소 독성의 결과만으로 소재를 평가하기에 어려움이 있다.
(3) 건축 분야는 타 분야와 다르게 연소가스를 살아있는 동물에게 노출시킴으로서 독성을 평가하고 있다. 시험 결과로는 난연 우레탄 보드가 실험용 흰 쥐의 평균행동정지시간 13분과 일반 우레탄 보드 5분으로 규정에 부합하는 결과를 보였으며 원인으로는 호흡기관을 가지고 있는 동물에게 유독성 가스와 soot를 노출시켜 측정된 결과로서 soot의 노출량에 따른 호흡기관의 영향성이 큰 것으로 사료되며 보다 다양한 소재의 시험결과 및 필터를 통한 soot량의 정량적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.