연구보고서플라스틱분진의화재폭발예방연구 한우섭 한인수 이정석 최이락

연구보고서플라스틱분진의화재폭발예방연구 한우섭 한인수 이정석 최이락

요약문 i

ii 플라스틱분진의화재폭발예방연구

요약문 iii

iv 플라스틱분진의화재폭발예방연구

요약문 v

vi 플라스틱분진의화재폭발예방연구 연락처

차례 vii Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

viii 플라스틱분진의화재폭발예방연구

차례 ix

x 플라스틱분진의화재폭발예방연구

차례 xi m3

Ⅰ. 서론 1 Ⅰ

2 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅰ. 서론 3

4 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅰ. 서론 5

Ⅱ. 나노입자물질의화재폭발특성에관한연구 7 Ⅱ

8 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅱ. 나노입자물질의화재폭발특성에관한연구 9 < 표 1> 플라스틱분진의화재폭발위험공정 분진명 ABS 수지폴리에틸렌페놀수지폴리스틸렌폴리프로필렌 주요위험공정건조기, 회수기건조기, 집진기, 사일로분쇄기, 사이클론사출기, 온풍건조기, 사이클론, 버그필터, 혼합장치, 저장탱크버그필터, 저장탱크

10 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅱ. 나노입자물질의화재폭발특성에관한연구 11

12 플라스틱분진의화재폭발예방연구 < 표 2> 플라스틱분진의국내화재폭발사고사례 일시사고개요피해상황 1989 년 10 월 ABS 압출작업중압출기내의 ABS 수지분진폭발사망 23 명, 부상 60 명 2000 년 4 월 2000 년 12 월 2011 년 8 월 MASS 중합방식의 PVC 공정에서 Bag filter 청소시에 PVC 분진의화재폭발 PVC 공정에서비정상작업중에슬러리탱크와배관의용접작업중에 PVC 분진이폭발 플라스틱소재인폴리스타일렌제조공정에서환합탱크중압과정에서폭발 2012 년 6 월 PE 분진의폭발로생산설비파손 2013 년 3 월 HDPE 저장사일로의보수작업중의용접불꽃에의한분진폭발 부상 4명부상 5명사망 3명, 부상 4명설비파손의물적피해발생사망 6명, 부상 11명 [ 그림 1] ABS 분진및 HDPE 분진의화재폭발사고

Ⅱ. 나노입자물질의화재폭발특성에관한연구 13

14 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 2] HDPE 제조공정및폭발사고발생지점 [ 그림 3] HDPE 분진폭발이발생한사일로의상부및하부모습

Ⅱ. 나노입자물질의화재폭발특성에관한연구 15

Ⅲ. 실험장치및방법 17 Ⅲ

18 플라스틱분진의화재폭발예방연구 < 표 3> 플라스틱시료의주요물성및특징 시료명주요물성산업활용도 PMMA (Polymethyl Methacrylate) - 플라스틱중빛투과성이가장높고자외선투과율이 92 % 로유리보다높다. - 내후성및다양한착색이가능하고성형성이뛰어나다. - 인체에무해하고수분흡수율이낮고치수안정성이매우우수하다. - 강알칼리및강산등의내약품성이뛰어나다. - 안경및카메라등의렌즈, 콘텍트렌즈 - 자동차라이트커버, 인스트루먼트패널, 각종조명재료 - 가로등하우징및전등의장식품, 자동판매기의하우징 ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) PE (Polyethylene) - 내충격강도가매우높고열변형온도가높다. - 내크랙성, 사출성형, 치수안정성이매우우수하다. - 내약품성, 내유성, 전기적성질이뛰어나다. - 충격에강하고, 내한성이우수하다. - 내수성과내약품성이뛰어나고수증기와공기를통과시키지않는다. - 융점이 125 이며연소하면양초냄새가난다. - 가전분야 : 전자제품 (TV, 냉장고, 세탁기, 모니터, 선풍기등 ) 의하우징 - 자동차분야 : 내외장제, 부품등 - 기타 : 잡화, 완구류등 - 포장지, 필름, 봉투등의주재료 - 각종플라스틱용기 PBT (PolyButylene Terephthalate) - 내마모성, 내피로성, 내열성이우수하며성형이용이하다. - 전기특성이뛰어나고내후성도양호하다. - EP(Engineering Plastic) 의일종으로제조시에난연제가첨가된다. - 기계분야 : 자동차차체, 기어, 캠가스켓, 카메라, 시계케이스, 사무용기기부품, 미싱부품, 각종기계부품, 펌프하우징, 임펠러 - 전기분야 : 전기공구, 커넥터, 스위치하우징, 밸브, 단자기판등 - 기타 : 건축자재부품, 컨테이너등

Ⅲ. 실험장치및방법 19 시료명주요물성산업활용도 MBS (Methylmethacrylate Butadiene Styrene) - 내충격강도가매우높고열변형온도가높다. - 내크랙성, 사출성형, 치수안정성이매우우수하다. - 내약품성, 내유성, 전기적성질이뛰어나다. - 가전분야 : 전자제품 (TV, 냉장고, 세탁기, 모니터, 선풍기등 ) 의하우징 - 자동차분야 : 내외장제, 부품등 - 기타 : 잡화, 완구류등

20 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 4] 분진입도분석시험장치 (Beckman Coulter LS 13 320)

Ⅲ. 실험장치및방법 21 < 표 4> 입도분석기 (Beckman Coulter LS 13 320) 의사양 항목 Spec. Humidity 0% to 90%, non-condensing Particle Size Analysis Range 0.4 µm to 2000 µm Temperature Range 10 C to 40 C

22 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅲ. 실험장치및방법 23 [ 그림 5] TGA (Thermo gravimetric analysis) < 표 5> TGA 사양 항목 Spec. 온도범위 ( 실온 1,100) 온도정밀도 ± 0.25 K 저울측정범위 1 g Balance resolution 0.1 μg Calorimetric resolution 0.5 mw Sample volume 100 μl

24 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 6] DSC (Differential scanning calorimeter)

Ⅲ. 실험장치및방법 25 < 표 6> DSC 측정 Cell의사양 항목 Specifications 온도범위 (-50 700) 온도정밀도 ± 0.2 가열속도 칼로리메타분해능 (0.02 300) /min 0.04 μw

26 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 7] 부유분진발화온도시험장치

Ⅲ. 실험장치및방법 27 Ceramic adaptor Dust sample chamber Air blast Ceramic tube Electrical heating wire coil 250 mm Control thermocouple Measurement thermocouple 36.5 mm Thermal insulation Electrical Power Mirror [ 그림 8] 부유분진발화온도시험장치개요도

28 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 9] 20L 분진폭발시험장치의개략도

Ⅲ. 실험장치및방법 29 [ 그림 10] 20L 분진폭발시험장치

30 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅳ. 실험결과및고찰 31 Ⅳ < 표 7> 각시료의입도특성 Samples Range of particle distribution Average diameter, Dp PMMA ABS PE PBT MBS 1 40 μm 1 1000 μm 1 800 μm 0.4 160 μm 1 900 μm 14.3 μm 209.8 μm 81.8 μm 21.3 μm 216.7 μm

32 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 11] PMMA 의입도분포

Ⅳ. 실험결과및고찰 33 [ 그림 12] ABS 의입도분포 [ 그림 13] PE 의입도분포

34 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 14] PBT 의입도분포 [ 그림 15] MBS 의입도분포

Ⅳ. 실험결과및고찰 35 [ 그림 16] SEM 에의한 PMMA 입자의모습

36 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅳ. 실험결과및고찰 37 [ 그림 17] PMMA 의 TGA 분석결과 (10 /min, in Air) [ 그림 18] ABS 의 TGA 분석결과 (10 /min, in Air)

38 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 19] PE 의 TGA 분석결과 (10 /min, in Air) [ 그림 20] PBT 의 TGA 분석결과 (10 /min, in Air)

Ⅳ. 실험결과및고찰 39

40 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 21] MBS 의 TGA 분석결과 (10 /min, in Air)

Ⅳ. 실험결과및고찰 41 [ 그림 22] 승온에따른중량감소

42 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 23] PMMA 의 DSC 분석결과

Ⅳ. 실험결과및고찰 43 [ 그림 24] ABS 의 DSC 분석결과 [ 그림 25] PE 의 DSC 분석결과

44 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 26] PBT 의 DSC 분석결과 [ 그림 27] MBS 의 DSC 분석결과

Ⅳ. 실험결과및고찰 45

46 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 28] PE 분진운의발화에의한화염발생모습 (100 g/ m3, 560 )

Ⅳ. 실험결과및고찰 47 [ 그림 29] PE 분진운의농도에따른발화온도의변화

48 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 30] ABS 분진의 MEC 측정예

Ⅳ. 실험결과및고찰 49 < 표 8> 각시료의폭발하한농도 (MEC) Samples Average diameter ( μm ) MEC (g/ m3 ) PMMA ABS PE PBT MBS 14.3 209.8 81.8 21.3 216.7 40 50 30 40 50

50 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 31] 온도변화에따른 MEC 의추정예

Ⅳ. 실험결과및고찰 51 [ 그림 32] ABS 의폭발압력

52 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 33] ABS 의폭발압력상승속도 [ 그림 34] 농도변화에따른플라스틱분진의폭발압력

Ⅳ. 실험결과및고찰 53 [ 그림 35] 농도변화에따른플라스틱분진의폭발압력상승속도

54 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 36] 농도변화에따른플라스틱분진의폭발지수

Ⅳ. 실험결과및고찰 55 < 표 9> 각시료의폭발특성값 PMMA ABS PE PBT MBS Mean Diam., μm MEC [g/ m3 ] P max [bar] (dp/dt) max [bar/s] K st [m bar/s] Dust Explosion Class 14.3 40 8.0 750 203.6 Class 2 209.8 50 4.9 230 62.4 Class 1 81.8 30 7.3 218 59.4 Class 1 21.3 40 5.9 259 70.3 Class 1 26.7 50 9.8 1116 303 Class 3

56 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 37] 분진폭발시의시간 - 압력파형예

Ⅳ. 실험결과및고찰 57 [ 그림 38] 분진폭발에따른화염전파속도의계산

58 플라스틱분진의화재폭발예방연구 [ 그림 39] 최대폭발압력과폭발지수의경향비교

Ⅳ. 실험결과및고찰 59 [ 그림 40] PMMA 의화염전파속도계산식 (V f ) 과 (K st /P m ) 의비교

Ⅵ. 결론 61 Ⅵ

62 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Ⅵ. 결론 63

64 플라스틱분진의화재폭발예방연구

참고문헌 65

Abstract 67

68 플라스틱분진의화재폭발예방연구

Abstract 69

(2014- 연구원-599) 발행일 : 2014년 12월 발행인 : 산업안전보건연구원원장권혁면 연구책임자 : 화학물질센터연구위원한우섭 발행처 : 안전보건공단산업안전보건연구원 주 소 : (305-380) 대전광역시유성구엑스포로 339번길 30 전 화 : (042) 869-0321 F A X : (042) 863-9002 Homepage : http://oshri.kosha.or.kr