[소방기술사] 고분자 물질 연소시 연소가스 종류, 연소가스 인체 유해성

[소방기술사] 고분자 물질 연소시 연소가스 종류, 연소가스 인체 유해성

 

문제. 고분자 물질 연소시 연소가의 종류와 발생하는 연소가스의 인체 유해성에 대해 설명하시오.

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1. 고분자 물질 연소시 연소가스 종류

1) 마취성 가스

- 정의: 호흡 또는 세포호흡을 방해하여 사망에 이르게 하는 가스

단순질식 가스	화학질식 가스
- 대표적으로 $CO_2$(이산화탄소)가 있으며 인체에 화학적으로 영향을 주지 않는 가스라면 모두 단순질식 가스가 될 수 있음 - 질소, 아르곤도 농도가 높아지면 산소 분율을 낮추기 때문에	- 대표적으로 $CO$(일산화탄소)가 있으며 세포로 산소 운반을 방해하여 세포를 질식시킨다. - 시안화수소(HCN)

 

2) 자극성 가스

- 정의: 세포에 직접적으로 영향을 주는 가스.

- 특징: 안구를 직접적으로 자극하여 시야확보를 방해. 세포에 직접적 작용으로 인체 기능을 방해.

 

2. 고분자 물질 연소시 발생하는 연소가스의 인체 유해성

1) 마취성 가스

- 이산화탄소($CO_2$): 농도에 따라 인체 영향이 달라진다

이산화탄소 농도	증상
2%	호흡심도 50% (호흡속도(RMV)가 평상시에 비해 50% 증가)
3%	호흡심도 100%
5%	두통, 호흡과중
8%	호흡곤란
10%	의식상실
20%	단시간내 사망

 

- 일산화탄소($CO$)

농도(%)	노출시간	인체영향
0.05	3시간	노출시 위험
0.15	1시간	노출시 위험
0.4	1시간 이내	치사
1.3	2~3번 호흡	수분내 사망

세포호흡 방해 메커니즘

$CO + Hb \to COHb$
$O_2HB + CO \to O_2 + COHb $

CO: 일산화탄소, Hb: 헤모글로빈, COHb: 일산화탄소와 결합한 헤모글로빈

일산화탄소의 헤모글로빈 결합력 = 산소의 헤모글로빈 결합력 X 400배

일산화탄소는 산소의 운반을 막아 세포호흡을 방해하여 인간을 질식시킨다. (연탄보일러 사용시 일산화탄소 발생으로 인한 질식사고가 많았던 이유)

2) 자극성가스

- 증상: 안구 점막자극, 호흡곤란 등으로 피난을 어렵게 만든다.

가스 종류	허용 농도	유해성
아크로레인	0.5ppm	강한자극, 10ppm이상시 즉사
포스겐	1ppm	폐포손상(단백질 분해)
염화수소	5ppm	행동장애
아황산가스	5ppm	황산형성으로 염증 발생
황화수소	20ppm	세포호흡 중지

 

3)열적 손상

- 마취성 가스, 자극성 가스가 고온의 장을 통과하여 생성

- 화상 및 열응력 발생으로 피난을 어렵게 만든다.

 

3. 고분자 물질의 연소

1) 연소과정

2) 특징

- 화재의 가연물은 대부분 고분자 물질이다. (책상, 종이, 섬유 등)

- S, N, Cl, F 등 다양한 원소를 함유하고 있어 연소가스의 독성이 강하다

 

3) 화재위험성

- 산소결핍: 한계 산소 농도 이하로 감소하여 피난자 피난 불능

- 화염 및 열: 화염으로 피난 경로 차단 및 화상, 열응력

- 구조물 붕괴:

- 유독가스 및 연기

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문제후기

고분자 물질이라 해서 소방과 관련이 없는 것 같지만, 소방대상물에서 발생하는 대부분의 화재는 고분자 가연물때문에 발생한다. 고분자는 우리 주변에 너무나 많다. 책상부터 시작해서 PET병, 책, 펜 등 심지어 우리 몸도 고분자로 이뤄져 있다. 고분자 물질이 아닌 건 금속정도이다. 그래서 고분자 물질의 특성을 잘 파악하고 있어야 화재 진압 및 피난을 고분자 물질 화재에 맞출 수 있다.

화공을 전공한 필자의 견해로는 고분자 물질 화재의 위험성은 유독가스가 가장 심각하다고 생각한다. 고분자물질에는 정말 많은 원소들이 들어있다. 휘발유, 경유는 거의 탄소와 수소로만 이뤄져 있어 연소가스의 종류가 한정적이다. 하지만 고분자 물질은 해당 장소의 온도, 개구부 크기, 압력에 따라 어떤 유독가스가 생성될지 모른다. 그러므로 고분자물질이 많은 공동주택 및 업무용도의 건물에서는 조기에 화재를 막을 수 있게 소화설비를 설치하는 것이 매우매우 중요하다.