오늘날 현대사회는 화학물질의 발달로 인해 화학물질 제조량이 크게 증가하고 있어 화재 및 폭발 등 화학물질 사고의 위험성은 계속적으로 증대되고 있다. 사고의 유형별 발생은 가연성가스의 누출에 의한 폭발·화재사고가 가장 많았고, 원인별 발생의 경우 시설물의 노후화 등 시설 결함이 가장 많은 것으로 조사되었다.
이러한 화학물질 사고 예방을 위한 중요 연소특성인 최소자연발화온도에 대한 여러 연구들은 순수물질과 두가지 성분이 섞인 2성분계가 대다수를 차지하여 여러 성분의 혼합물에 대한 연구결과는 부족한 상황이기 때문에 화학물질의 안전확보 차원의 다성분 혼합물질의 자연발화온도 연구가 시급한 실정이다.
본 연구에서는 실생활에서 다양하게 사용되고 있는 용제류인 Octane, Ethanol, Isopropyl alcohol을 혼합 구성하는 3성분계와 2성분계 혼합물의 자연발화온도를 측정하고 예측하였다.
Octane은 가솔린 냄새가 나는 무색의 액체이다. 석유에서 분리하며 유기용매로서 이용되고 있다. 물에는 녹지 않지만 에탄올에는 약간 녹는다. 또 에테르에는 녹고, 벤젠과는 자유롭게 혼합한다. Etanol은 에틸 알코올로도 알려져 있는 휘발성과 가연성을 가진 무색 액체이다. 에탄올이 가장 많이 사용되는 분야는 자동차 연료 및 연료 첨가제이다. 소염제, 국소 중추신경계 억제제, 용매로도 이용된다. Isopropyl alcohol는 무색의 휘발성 액체인데 인화성이 크다. 용제, 니트로셀룰로오스의 탈수제, 결빙 및 동결 방지제, 의약품 등의 합성 원료로서 사용한다. 독성이 강하므로 인체에 흡입되면 안된다.
자연발화온도 측정은 ASTM E659-78의 시험방법에 따라 최소자연발화온도와 발화지연시간을 측정하였다. 이를 다중회귀분석을 통해 각각의 단일성분에 대한 자연발화온도 측정값과 비교하고 각 성분별 조성변화에 따른 혼합물의 자연발화 온도 및 발화 지연시간과의 관계를 분석하여 최소자연발화온도 예측식을 도출하였다.
Octane + Ethanol + Isopropyl alcohol 계를 구성하는 Octane + Ethanol 계, Octane + Isopropyl alcohol 계에 대해 ASTM E659 자연발화온도 측정장치를 사용하여 자연발화온도를 측정한 결과 가연성 2성분계인 Octane + Ethanol계의 자연발화온도는 Octane(0.9) + Ethanol(0.1)계에서 자연발화온도가 205℃로 가장 낮게 측정되었고, Octane(0.1) + Ethanol(0.9)계에서 자연발화온도 337℃로 가장 높게 측정되었으며, 가연성 2성분계인 Octane + Isopropyl alcohol계의 최소자연발화온도는 Octane(0.9) + Isopropyl alcohol(0.1)계에서 최소자연발화 온도가 205℃로 가장 낮게 측정되었으며, Isopropyl alcohol의 조성이 증가할수록 최소자연발화온도가 상승하였다.
Octane + Ethanol + Isopropyl alcohol 3성분계의 최소자연발화온도를 측정한 결과, 각각의 조성이 Octane(0.2) + Ethanol(0.1) + Isopropyl alcohol(0.7) 계에서는 330℃로 가장 높은 온도로 측정되었다. Octane(0.7) + Ethanol(0.2) + Isopropyl alcohol(0.1 계에서는 225℃로 가장 낮은 온도가 측정되었다. 또한 3성분계 및 2성 분계 조성별 혼합물은 최소발화온도 이후 발화지연시간이 급격히 감소하는 구간이 있어 화재 위험성 검증 차원의 분석이 필요하다.
본 연구에서 제시한 식을 이용하여 Octane + Ethanol + Isopropyl alcohol 3성분계와 2성분계의 다른 조성에서도 최소자연발화온도 예측이 가능할 것으로 판단되며, 해당 조성의 활성화에너지를 계산함으로써 조성별 반응속도에 의한 화재 위험성을 검증하여 유기용재의 혼합 사용 및 폐유기용재의 혼합 보관시 폭발 및 화재 예방에 중요한 자료가 되길 기원한다.