폴리우레탄폼 유해·위험성

폴리우레탄폼은 가장 많이 사용되고 있는 단열재로 액체 상태의 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)라는 물질을  섞은 후 발포제를 넣어서 만든 화학물질이다.

 

 

 

폴리우레탄폼 유해·위험성

폴리우레탄폼 원료 등

폴리우레탄폼은 한국산업규격 경질폴리우레탄 KS M 3809 (경질 폴리우레탄폼 단열재)에서 규정한 100 ℃ 이하의 보온 및 보냉에 사용하는 경질 폴리우레탄폼 단열재 등 미리 성형한 우레탄폼 단열판과 현장에서 시공하는 스프레이 우레탄폼을 말한다.

단열재용 폴리우레탄폼의 주원료는 액상의 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)이고 부원료로 반응속도를 조절하기 위한 촉매류 및 정포제와 발포제 등을 사용한다.

발포제는 HCFC-141b와 같은 탄화플루오르(fluorocabron) 계열을 주로 사용하며 열분해 시 염소, 일산화탄소 등과 같은 유독성 가스를 발생시킨다. HCFC-141b는 상온에서 액상 상태이지만 비점이  32 ℃ 로 낮아 발포시 발생되는 열에 의해 기화되어 발포제를 형성하고 발포 성형된 후 내부에 남아 단열성능을 유지시킨다. 또한, 냉장고 등과 같은 냉동기 제작시에는 인화점이 낮은 사이클로펜탄(cyclopentane) 등을 발포제로 사용한다.

 

 

다음 표는 폴리우레탄폼 원료의 일반적인 물성치를 나타낸 것이다.

<표 1> General Properties of Polyurethane Foam Raw Materials

 

 

스프레이 폴리우레탄폼

스프레이가 적용된 셀룰러 플라스틱인 스프레이 폴리우레탄폼은 화학물질을 섞어 거품을 내는 방식으로 만들어진다.

이러한 화학물질들은 매우 빠르게 반응하여 접촉면을 확장하여 단열된 거품을 만들고 공기를 밀봉하여 수분 장벽을 제공한다. 스프레이 폴리우레탄폼은 올바르게 설치되면 벽, 코너 주변 및 윤곽이 있는 표면에 연속적인 장벽을 형성한다. 열전달에 매우 잘 저항하며 균열, 솔기 및 이음매를 통해 원치 않는 공기 침투를 줄이는 데 효과적이다.

스프레이 폴리우레탄폼은 1액형과 2액형이 있으며, 1액형은 습기경화형이라하며 공기 중에 있는 습기와 반응을 하여 굳게 되고 구성성분으로는 추진체와 주제(폼의 주요성분), 경화제가 있다.

함유량은 제조사마다 약간의 차이가 나타나지만 대부분 추진체 25%, 주제 33%, 경화제 42%로 구성되어 있다.

추진체에서는 약 부탄 10%, 프로판 5%, 다이메틸 에테르 10% 성분을 가지고 있으며 프로판의 경우 설계에 따라 프로판의 비율이 많아질수록 스프레이 폴리우레탄 폼의 분사력이 강해지는 특성이 있고, 다이메틸 에테르의 경우 부탄과 프로판 및 액체 용액을 녹여 섞이게 하여 분사 시 주제 및 추진체 등이 골고루 분사될 수 있도록 하는 특성을 가지고 있다.

 

 

화재 위험성 및 화재사례

폴리우레탄폼은 폴리우레탄 소재 특성 상 산소와 접촉 시 폭열을 일으키며 쉽게 연소하는 가연성 물질이다.

특히, 경질 우레탄폼은 내부에 공기층을 포함하고 있어 불이 붙으면 매우 빠른 속도로 연소한다. 
또한 1액형 스프레이 폴리우레탄폼의 경우 추진체 등이  LPG 계열의 가연성 가스를 용기에 액화시켜 놓은 것으로 1액형 스프레이 폴리우레탄 폼 분사 시 주제와 함께 부탄, 프로판 가스 등 가연성 가스가 뿜어져 나오게 된다.

이후 이러한 가스는 공기보다 비중이 무겁기 때문에 공간에 가라앉게 되고 이러한 상황에서 실내에 환기가 되지 않거나, 밀폐된 장소의 경우 가연성 가스는 지속적으로 실내에 체류되게 된다.

이때 실내에 작은 불티나 스파크 정전기 등의 점화원이 발생되면 가연성 가스에 점화되어 폭발하는 상황이 발생된다. 

 

국내 화재사례를 열거하면 다음과 같다.

- 2020년 2월 27일 대구에 발생된 화재사례로 폴리우레탄폼이 경화되기 전 착화가 되어 화재로 이어진 사례

- 2020년 7월 31일 대구에서 발생된 화재사례로 폴리우레탄폼이 도포된 전선에서 과전류에 의한 화재가 발생하여 폴리우레탄폼에 착화된 화재사례

- 2018년 1월 29일 울산 남구 공사현장에서 스프레이 폴리우레탄폼 뿜칠작업 중 폭발이 발생하여 화재로 이어 진 사례

- 2020년 4월 29일 경기도 이천 물류창고 폴리우레탄폼 뿜칠작업 중 폭발이 발생하여 화재로 이어 진 사례

 

이처럼 대부분 스프레이 폴리우레탄폼 뿜칠 작업 중 발생된 사고사례로 뿜칠 중 추진체의 가연성가스가 좁은 실내에 체류 되면서 점화원에 의해 화재 및 폭발사고가 발생된 것을 확인할 수 있다.

 

 

폴리우레탄폼 취급시 조치사항

폴리우레탄폼은 화재 시 연소하면서 시안화수소(HCN), 일산화탄소(CO) 등 유독가스를 배출하여 화재 피해를 악화시키고 인체에 치명적이다. 그뿐 아니라 우레탄폼의 표면의 피막은 소화약제의 침투가 어려워 화재 진화를 어렵게 한다. 따라서 다음과 같은 안전조치가 필요하다.

- 우레탄폼 물질안전보건자료(MSDS)를 게시하고 이에 대한 교육을 진행하여야 하며, 사용 시에는 인화성 가스 농도를 측정하고 환기를 실시하여야 한다.

- 산업안전보건 기준에 관한 규칙 제232조에 따르면, 사업주는 인화성 액체의 증기, 인화성 가스, 또는 인화성 고체가 존재해 폭발이나 화재가 발생할 우려가 있는 장소에서 이를 예방하기 위한 조치를 취해야 한다. 이를 위해 환풍기나 배풍기 같은 환기 장치를 적절히 설치해야 한다. 또한, 사업주는 폭발이나 화재를 미리 감지하기 위해 가스 검지와 경보 성능을 갖춘 가스 검지 및 경보 장치를 설치해야 한다.

- 이와 더불어 우레탄 인근에서 용접, 용단 등과 같은 화기 작업을 할 경우에는 불꽃이 튀어 화재 폭발로 이어지는 경우가 많으므로 화기작업을 금지하여야 한다. 특히나 용접, 용단 등과 같은 화기 작업은 다른 작업과 동시에 또는 단시간에 이루어지고, 도급 업체에 의해 주로 이루어지므로 안전수칙에 소홀한 경향이 있어 주의하여야 한다.

 

우레탄폼을 사용하게 된다면, 난연제를 첨가하여 화재 발생 시 연소를 지연시키거나 불이 잘 붙지 않는 난연성 우레탄폼을 사용하거나, 난연 성능 기준 등의 인증을 받은 자재를 사용하는 것 또한 고려해 볼 수 있다.

 

Reference : 1. Fire Science and Engineering, Vol. 37, No. 6, pp. 106-115, 2023(스프레이형 폴리우레탄폼 시공중 발생하는 발포제의 화재 위험성에 관한 연구)

2. 세이프티퍼스트닷뉴스(https://www.safety1st.news)