셀룰로이드의 자연발화 형태를 가장 옳게 나타낸 것은? 상세 페이지

정답: 3번 — 분해열에 의한 발화

셀룰로이드(celluloid)는 니트로셀룰로오스(질화면)에 장뇌(camphor)를 가소제로 섞어 만든 열가소성 물질이다. 주성분인 니트로셀룰로오스는 셀룰로오스의 $-OH$기가 질산에스테르화된 화합물로, 대략적인 화학구조는 $[C_6H_7O_2(ONO_2)_3]_n$ 으로 나타낸다.

위험물안전관리법령상 셀룰로이드·니트로셀룰로오스는 제5류 위험물(자기반응성 물질) 중 질산에스테르류에 해당한다(시행령 별표1). 이들은 분자 내에 산소를 함유한 불안정한 $-ONO_2$(질산에스테르) 결합을 가지고 있어, 외부 산소 공급이 없어도 스스로 서서히 분해된다. 이 분해 과정에서 발생한 분해열(decomposition heat)이 방열되지 못하고 내부에 축적되면 온도가 발화점까지 상승하여 자연발화에 이른다.

즉 셀룰로이드의 자연발화는 물질 자체의 화학적 분해로 생긴 열의 축적이 원인이므로 분해열에 의한 발화(3번)가 가장 옳다. 자연발화 원인은 발생열의 종류에 따라 분해열·산화열·흡착열·중합열·미생물 발열로 구분하는데, 그 기준으로 나머지 보기를 검토하면 다음과 같다.

1) 잠열에 의한 발화 (오답)
잠열(latent heat)은 물질의 상변화(융해·기화 등)에서 흡수·방출되는 열로, 열의 출입일 뿐 발열 반응이 아니다. 자연발화의 원인 열 분류에 포함되지 않으므로 성립하지 않는다.

2) 미생물에 의한 발화 (오답)
미생물 발열에 의한 자연발화는 퇴비, 곡물, 먼지, 건초더미처럼 미생물의 발효·대사열이 축적되는 경우다. 셀룰로이드의 발화는 미생물 작용과 무관한 순수한 화학적 분해 현상이므로 해당하지 않는다.

4) 흡착열에 의한 발화 (오답)
흡착열에 의한 발화는 활성탄·목탄분말·환원니켈처럼 표면적이 큰 다공성 물질이 기체(주로 산소)를 흡착할 때 내는 흡착열이 원인이다. 셀룰로이드는 다공성 흡착제가 아니라 치밀한 고분자 성형물이므로 흡착열 축적으로 발화하는 물질이 아니다.

따라서 니트로셀룰로오스의 질산에스테르 결합이 스스로 분해되며 내는 열이 원인인 3번(분해열에 의한 발화)이 정답이다.