균사체 곰팡이의 열 안정성에 대한 성장률, 미세 구조 특성 및 생화학적 구성의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15105(2022) 이 기사 인용

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균사체 곰팡이 종은 난연성 특성을 나타냅니다. 곰팡이 성장률, 생화학적 조성, 미세 구조적 특성 및 열적 특성과의 관계에 대한 성장 매체의 영향은 잘 알려져 있지 않습니다. 이 논문에서 우리는 당밀이 잠재적인 화재 지연 특성을 지닌 생체 유래 물질을 생산하는 비병원성 담자균문 곰팡이 종의 성장을 지원할 수 있음을 입증합니다. 당밀에서 자란 균사체 종의 미세 구조 및 생화학적 특성을 조사하기 위해 주사 전자 현미경 및 FTIR(푸리에 변환 적외선) 분광법을 사용했습니다. 당밀 공급 균사체의 열분해는 실시간 진화 가스 분석을 위해 FTIR과 연계된 열중량 분석을 통해 평가되었습니다. 열 노출 후 잔류 숯의 형태학적 및 미세구조적 특성도 평가되었습니다. 물질 특성화를 통해 당밀 공급 균사체의 미세 구조, 생화학적 특성 및 열적 특성 간의 관계를 확립할 수 있었습니다. 이 논문은 당밀에서 자란 세 가지 균사체 종의 열 분해를 관리하는 메커니즘에 대한 포괄적인 탐구를 제시합니다. 이러한 연구 결과는 곰팡이 성장 속도와 수확량을 제어하는 ​​중요한 매개 변수뿐만 아니라 미세 구조 및 생화학적 특성이 균사체의 열 반응에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 지식을 발전시킵니다.

승객 수송 차량 및 주택에 구조적으로 효율적인 고분자 복합재를 사용하는 것은 엄격한 화재 규정(예: 재료의 가연성 및 가연성 특성)1에 의해 제한됩니다. 고분자 복합재는 고온 및 산화성 환경에 노출되면 지속적인 화염 연소로 발화 및 연소됩니다2. 연소되는 고분자 복합재는 매트릭스 연화, 매트릭스 분해, 박리 균열 및 섬유 손상을 통해 엔지니어링 구조의 무결성을 손상시킬 수 있는 열을 발생시킵니다3. 또한, 연소되는 폴리머는 대부분의 화재 관련 사망의 원인이 되는 일산화탄소 및 부분적으로 분해된 탄화수소(즉, 탄소 그을음)와 같은 독성 가스 및 연기를 생성합니다4. 2017년 그렌펠 타워(Grenfell Tower) 화재는 화재 안전 기준을 충족하지 못하는 폴리에틸렌이 포함된 알루미늄 복합 피복 패널의 사용으로 인해 발생했으며, 대부분 연기 흡입으로 인해 72명이 사망했습니다5. 마찬가지로, 1985년 영국 에어투어 28M 항공기가 이륙 중 엔진 고장으로 화재가 발생한 맨체스터 공항 참사에서 객실 자재 연소로 인한 짙고 유독하며 자극적인 연기로 인해 55명의 사망자 중 48명이 사망했습니다6. 그렌펠 타워 화재와 맨체스터 공항 재난은 폴리머의 화재 반응 특성을 이해하는 것이 얼마나 중요한지를 강조하는 많은 화재 비극의 두 가지 예일 뿐입니다.

난연제(FR)를 고분자 복합재에 통합하면 화염 연소 반응을 효과적으로 완화하고 독성 가스 및 연기의 양을 줄입니다7,8. 나노 및 마이크로 크기의 FR 입자9, 열 보호 표면 코팅 적용10, 페놀 수지11와 같은 본질적인 난연성 폴리머의 사용을 포함하여 폴리머 매트릭스의 변형을 포함하여 FR을 폴리머 복합재에 통합하는 여러 가지 방법이 있습니다. 수년 동안 할로겐화 화합물은 매우 효율적인 가스상 화재 지연 메커니즘으로 인해 대부분의 폴리머 시스템에서 선택되는 FR이었습니다8,12. 불행하게도 할로겐화 난연제는 부식성 및 오존층 파괴 가스를 방출하여 일부 관할권에서는 사용이 제한되거나 제거되는 결과를 낳습니다12,13. 할로겐화 FR을 대체하려는 경쟁은 지금까지 폴리인산암모늄14, 멜라민 인산염15, 펜타에리트리톨16, 팽창성 화합물17, 탄소 기반 나노물질(예: CNT, 그래핀)18, 금속염19 및 금속을 비롯한 유기 및 무기 인과 질소 함유 화합물이 지배해 왔습니다. 수산화물20. 무할로겐 FR은 효과적이지만, 환경 친화적이지 않은 제조 공정, 유해 물질(즉, 탄소 기반 나노물질)의 처리 및 취급과 관련된 산업 보건 및 안전, 중금속 침출로 인한 환경 피해 가능성으로 인해 광범위한 채택이 어려워지고 있습니다. 대조적으로, 균사체와 같은 생물 유래 FR은 화재 지연 및 지속 가능한 제조 요구 사항을 모두 충족하는 환경 친화적인 FR의 잠재력을 보여줍니다. 그러나 균사체의 화재 지연 효능 및 해당 화재 지연 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않아 대규모 적용에 자신있게 정보를 제공할 수 없습니다. 균사체를 배양할 때 다른 병원성 종에 의한 오염을 방지하기 위해 멸균 환경을 유지하는 것이 중요합니다. 산업 규모에서 멸균 성장 환경을 유지하는 것은 어려울 수 있습니다. 또한 다양한 성장 패턴으로 인한 배치 가변성으로 인해 제품 품질 보증이 어려워질 수 있습니다.