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자연발화온도

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1. 개요

자연 발화 온도는 외부의 불꽃이나 열원 없이 물질이 스스로 불이 붙는 최저 온도를 의미한다. 자연 발화는 가열, 열 축적, 발화 단계를 거쳐 일어나며, 물질의 종류, 환경 조건, 기타 요인에 따라 자연 발화 온도가 달라진다. 물질의 화학적 조성, 분자 구조, 비열, 열전도율 등이 주요 요인으로 작용하며, 압력, 습도, 산소 농도 등도 영향을 미친다. 자연 발화 온도는 가연성 액체, 고체, 기체 등의 물질에 대해 다양한 방법으로 측정되며, 특정 방정식으로 계산할 수도 있다. 주요 물질별 자연 발화 온도를 표로 제시하고 있으며, 인화점과의 관계, 한국의 관련 사례 및 정책 등도 관련 정보로 다룬다.

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자연발화온도
일반 정보
정의어떤 물질이 외부 점화원 없이 스스로 발화하는 데 필요한 가장 낮은 온도
다른 이름자동 점화 온도
자연 발화점
영향 요인분압
흐름 속도
용기 크기 및 형태
설명물질이 공기 중에서 가열되어 스스로 연소를 시작하는 데 필요한 최소 온도
물질의 화학적 활성도와 산소와의 반응 속도에 따라 달라짐
물질별 자연 발화 온도
물질 종류온도 (섭씨)
다이에틸 에테르160 °C (320 °F; 433 K)
가솔린246 °C (475 °F; 519 K) ~ 280 °C (536 °F; 553 K)
디젤210 °C (410 °F; 483 K)
마그네슘473 °C (883 °F; 746 K)
부탄405 °C (761 °F; 678 K)
인 (동소체)백린: 34 °C (93 °F; 307 K)
황린: 260 °C (500 °F; 533 K)
수소536 °C (997 °F; 809 K)
석탄70 °C (158 °F; 343 K)
목재짚: 200 °C (392 °F; 473 K)
침엽수: 270 °C (518 °F; 543 K)
종이233 °C (451 °F; 506 K)
사일레인21 °C (70 °F; 294 K)

2. 자연 발화의 메커니즘

물질이 연소를 시작하는 것을 발화 또는 착화라고 한다.[12] 발화점은 화원을 필요로 하지 않는 물성의 수치인 반면, 화원을 필요로 하는 물성의 수치에는 인화점이 있다.[12] 인화점은 일반적으로 가연성 액체에 대해 그 증기가 공기와 혼합하여 최소 농도의 가연성 가스를 생성하게 되는 최저 온도를 말한다.[13] 인화점의 상태에서는 가연성 액체의 증기 함유율이 최소이므로 연소는 지속되지 않는다.[12] 가연성 액체가 더 가열되어 5초 이상 연소를 지속하는 상태가 되는 최저 온도를 연소점이라고 하며, 연소점의 온도는 인화점보다 반드시 높다.[12]

2. 1. 가열 단계

가연성 물질은 가열해 가면 화원이 없어도 발화 연소하며, 그 최저 온도를 발화점(발화 온도)이라고 한다.[12] 발화점을 결정하는 주요 인자는 가열 시간, 가연물과 산화제와의 혼합비, 혼합물의 양, 기벽의 상태, 압력 등이다.

2. 2. 열 축적 단계

물질이 연소를 시작하는 것을 발화 또는 착화라고 한다.[12] 가연성 물질은 가열해 가면 화원이 없어도 발화 연소하며, 그 최저 온도를 발화점(발화 온도)이라고 한다.[12] 이때 발생한 열이 외부로 충분히 방출되지 못하고 물질 내부에 축적된다.

2. 3. 발화 단계

물질이 연소를 시작하는 것을 발화 또는 착화라고 한다.[12] 가연성 물질은 가열해 가면 화원이 없어도 발화 연소하며, 그 최저 온도를 발화점(발화 온도)이라고 한다.[12] 발화점의 수치는 고체뿐만 아니라, 액체나 기체에 대해서도 측정할 수 있다.[12]

발화점을 결정하는 주요 인자는 가열 시간, 가연물과 산화제와의 혼합비, 혼합물의 양, 기벽의 상태, 압력 등이다.

3. 주요 요인

자연 발화는 다양한 요인에 의해 영향을 받는다. 물질의 발화점을 결정하는 주요 요인에는 가열 시간, 가연물과 산화제의 혼합비, 혼합물의 양, 기벽의 상태, 압력 등이 있다.[12] 일반적으로 압력이 높아지면 자연 발화 온도가 낮아지는 경향이 있다. 주변 온도, 습도, 산소 농도 등도 자연 발화에 영향을 미친다.

3. 1. 물질의 종류

물질의 화학적 조성, 분자 구조, 비열, 열전도율 등에 따라 자연 발화점이 달라진다. 일반적으로 탄화수소의 경우 분자량이 증가하고 사슬결합의 길이가 증가함에 따라 자연 발화 온도가 감소한다. 분지쇄 탄화수소는 직쇄 탄화수소보다 자연 발화 온도가 높다.[4]

물질자연발화 온도
바륨550°C[5]
비스무트735°C[5]
부탄405°C[6]
칼슘790°C[5]
이황화 탄소90°C[8]
경유 또는 제트 A-1210°C[9]
다이에틸 에테르160°C[7]
에탄올365°C[8]
가솔린 (휘발유)247°C~280°C[8]
수소535°C
1315°C[5]
850°C[5]
가죽 / 양피지200°C~212°C[9][10]
마그네슘635°C[5]
마그네슘473°C[8]
메테인537°C
몰리브데넘780°C[5]
종이218°C~246°C[9][11]
인 (백린)34°C[8]
실레인21°C 또는 그 이하[8]
스트론튬1075°C[5]
주석940°C[5]
트리에틸보레인-20°C[8]


  • 1 기압에서 착화 온도는 공기압에 따라 달라진다.[5]
  • 표준 압력 조건에서 측정되었다.[5]
  • 마그네슘의 경우 공개된 문헌에 두 가지 뚜렷한 결과가 있어, 이 표에 개별적으로 모두 나열되어 있다.[5] [8]
  • 인 (백린)은 유기 물질과 접촉하면 용융되지만 그렇지 않으면 위와 같다.[8]

3. 2. 환경 조건

물질의 연소에 영향을 주는 주요 요인에는 가열 시간, 가연물과 산화제와의 혼합비, 혼합물의 양, 기벽의 상태, 압력 등이 있다.[12] 일반적으로 압력이 높아지면 자연 발화 온도가 낮아지는 경향이 있다. 주변 온도, 습도, 산소 농도 등도 자연 발화에 영향을 미친다.

3. 3. 기타 요인

발화점을 결정하는 주요 인자는 가열 시간, 가연물과 산화제와의 혼합비, 혼합물의 양, 기벽의 상태, 압력 등이다.[12]

4. 자연 발화 온도 측정

물질이 연소를 시작하는 것을 발화 또는 착화라고 한다.[12] 가연성 물질은 가열해 가면 화원이 없어도 발화 연소하며, 그 최저 온도를 발화점(발화 온도)이라고 한다.[12] 발화점은 고체, 액체, 기체 모두에서 측정할 수 있다.[12]

발화점을 결정하는 주요 인자는 가열 시간, 가연물과 산화제와의 혼합비, 혼합물의 양, 기벽의 상태, 압력 등이다.

발화점은 화원을 필요로 하지 않는 물질의 고유한 특성값인 반면, 인화점은 화원이 있어야 하는 특성값이다.[12] 인화점은 보통 가연성 액체의 증기가 공기와 섞여 가연성 가스를 만들 수 있는 최저 온도[13] (인화가 일어나는 최저 온도[12])를 말한다. 인화점에서는 가연성 액체의 증기량이 적어 연소가 지속되지는 않는다.[12] 가연성 액체가 계속 가열되어 5초 이상 연소가 지속되는 최저 온도는 연소점이라고 하며, 연소점은 항상 인화점보다 높다.[12]

4. 1. 측정 방법

가연성 액체의 자연 발화 온도는 일정 온도로 가열된 용기 안에 액체를 피펫으로 떨어뜨려 발화 여부를 관찰하는 방식으로 측정한다.[12] 고체의 경우에도 유사한 방법으로 용기 안에 소량의 분말을 투입하여 측정할 수 있다.[12]

가연성 기체의 자연 발화 온도는 지연성 가스와의 혼합물에 대한 발화 온도를 측정하며, 그 혼합 비율에 따라 달라진다. 혼합 가스의 발화 온도 측정에는 여러 방법이 있으며, 그 측정 방법에 따라 측정값에 차이가 나타난다. 또한 발화 온도는 압력에 따라서도 크게 영향을 받으며, 고압 하에서는 발화점이 낮아지는 경향이 있다.

4. 2. 자연 발화 온도 방정식

재료가 열 플럭스에 노출되었을 때 자연 발화 온도에 도달하는 데 걸리는 시간은 다음 방정식으로 주어진다.[3]

:t_\text{ig} = \frac{\pi}{4} k \rho c \left [ \frac{T_\text{ig} - T_0}{q''} \right]^2,

여기서 ''k''는 열전도율, ''ρ''는 밀도, ''c''는 해당 재료의 비열, T_0는 재료의 초기 온도이다.

5. 주요 물질별 자연 발화 온도

다음은 주요 물질들의 자연 발화 온도를 나타낸 표이다. (단위: °C)

물질자연 발화 온도비고
바륨550°C550±90[5]
비스무트735°C735±20[5]
부탄405°C[6]
칼슘790°C790±10[5]
이황화 탄소90°C[8]
경유 또는 제트 A-1210°C[9]
다이에틸 에테르160°C[7]
에탄올365°C[8]
가솔린 (휘발유)247°C ~ 280°C[8]
수소535°C
1315°C1315±20[5]
850°C850±5[5]
가죽 / 양피지200°C ~ 212°C[9][10]
마그네슘635°C635±5[5]
마그네슘473°C[8]
메테인537°C
몰리브데넘780°C780±5[5]
종이218°C ~ 246°C[9][11]
인 (백린)34°C[8]
실레인21°C[8] 또는 그 이하
스트론튬1075°C1075±120[5]
주석940°C940±25[5]
트리에틸보레인-20°C[8]



유기 물질과 접촉하면 용융되지만 그렇지 않으면.
공개된 문헌에 두 가지 뚜렷한 결과가 있다. 이 표에 개별적으로 모두 나열되어 있다.
1 기압. 착화 온도는 공기압에 따라 달라진다.
표준 압력 조건에서.



위 표의 값은 문헌에 따라 크게 다를 수 있으므로 참고용으로만 사용해야 한다.

6. 인화점과의 관계

인화점은 가연성 액체의 증기가 공기와 섞여 점화원(불꽃 등)에 의해 불이 붙을 수 있는 최저 온도를 말한다.[13][12] 인화점에서는 연소가 지속되지 않지만, 온도가 더 높아져 연소점(5초 이상 연소가 지속되는 온도)에 도달하면 연소가 지속된다.[12] 연소점의 온도는 인화점보다 반드시 높다.[12] 발화점은 점화원 없이 스스로 발화하는 온도이므로 인화점 및 연소점보다 항상 높다.

참조

[1] 간행물 Standard Test Method for Autoignition Temperature of Liquid Chemicals 100 Barr Harbor Driv[...] ASTM 2000
[2] 서적 Material Properties Explained 2012
[3] 서적 Principles of Fire Behavior 1998
[4] 간행물 Flammability characteristics of combustible gases and vapours U.S. Department of Mines 1965
[5] 논문 Ignition Temperatures of Metals in Oxygen Atmospheres 1971-04-01
[6] 웹사이트 Butane - Safety Properties http://www.wolframal[...] WolframAlpha
[7] 웹사이트 Diethyl Ether - Safety Properties http://www.wolframal[...] WolframAlpha
[8] 웹사이트 Fuels and Chemicals - Autoignition Temperatures http://www.engineeri[...] engineeringtoolbox.com
[9] 웹사이트 PHYSICAL CONSTANTS FOR INVESTIGATORS http://www.tcforensi[...] TC Forensic P/L. 2015-02-11
[10] 웹사이트 Flammability and flame retardancy of leather http://www.leatherma[...] Leather International / Global Trade Media 2015-02-11
[11] 논문 Physical Constants for Investigators http://www.tcforensi[...]
[12] 웹사이트 危険物関係用語の解説 http://www.khk-syoub[...] 危険物保安技術協会 2022-12-28
[13] 웹사이트 須藤梅吉「塗装溶剤の取扱について」 http://www.jbpi.or.j[...] 自転車産業振興協会 2022-12-28
[14] 서적 Material Properties Explained 2012



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