1. 헥사메틸렌테트라 민 개요
헥사메틸렌테트라 민(Hexamethylenetetramine, HMTA)은 화학식 C₆H₁₂N₄로 표기되는 백색 결정성 고체 물질로, 암모니아와 포름알데하이드의 축합 반응을 통해 합성됩니다. 일반적으로 방부제, 고체 연료, 우레아 수지 원료, 폭약 안정화제 등 다양한 용도로 사용되며, 비교적 널리 취급되는 유기질 중간체입니다.
2. 분자 구조 및 물리화학적 특성
2.1 화학 구조 설명
HMTA는 사면체 대칭성을 가진 입체적 cage 구조로 구성되어 있으며, 4개의 질소 원자와 6개의 메틸렌(-CH₂-) 다리가 연결된 입방체형 구조입니다. 이는 포름알데하이드 분자 6개와 암모니아 4개가 반응하여 생성된 축합 생성물로, 내부에 빈 공간이 존재하는 준고리형 분자입니다.
2.2 물리적 성질
- 분자량: 140.19g/mol
- 녹는점: 약 280°C (분해점)
- 인화점: 약 250°C
- 수용성: 잘 용해됨 (80g/100ml at 20°C)
- 증기압: 매우 낮음 (상온 기준)
3. HMTA의 합성과 반응성
3.1 제조 반응
공업적 합성은 다음과 같은 반응식을 따릅니다.
6 HCHO (포름알데하이드) + 4 NH₃ (암모니아) → C₆H₁₂N₄ (HMTA) + 6 H₂O
이 반응은 축합 반응이며, 생성된 HMTA는 중성의 안정한 결정성 물질이지만, 고온이나 산성 조건에서 가수분해될 수 있습니다.
3.2 산성 조건에서의 분해
HMTA는 산성 용액에서 가수분해되어 다시 포름알데하이드와 암모니아로 분해됩니다. 이 특성은 방부제나 소독제로서의 활용에도 응용되며, 우레아-포름알데하이드 수지 제조나 방부제(예: 우로트로핀)의 전구체로도 쓰입니다.
4. 발화 위험성과 열분해 특성
4.1 열분해 반응
고온에서 HMTA는 급격히 열분해 되며, 메틸렌기에서 유래한 가연성 분해물이 다량 발생합니다. 주요 생성물로는 메탄, 암모니아, 시안화수소(HCN), 포름알데하이드, 이산화탄소 등이 포함됩니다. 특히 제한된 산소 환경에서는 유해 가스 발생이 두드러집니다.
4.2 우발적 발화 위험
HMTA는 고체 상태에서 상대적으로 안정하지만, 아래 조건에서는 자발적 발화 또는 폭발 위험이 증가합니다.
- 270°C 이상 고온 노출
- 강산과의 접촉 (예: HNO₃, H₂SO₄)
- 금속염 또는 산화제(예: KClO₄, KMnO₄)와의 혼합
- 밀폐된 공간에서 압력 축적
특히 HMTA는 로켓 추진제의 안정제 또는 군용 폭약의 구성성분으로 사용될 만큼, 고에너지 반응성을 잠재적으로 보유하고 있습니다.
5. 연소성 고체로서의 특성과 적용
5.1 연료로의 활용
고체 연료인 Esbit 연료 정제는 HMTA를 기반으로 하며, 이소프로필알코올 또는 디에틸렌글라이콜 등과 혼합하여 무연, 고온의 화염을 생성합니다. 연소 시 비교적 낮은 연기와 냄새로 인해 야전용 취사 장비나 긴급 열원 공급원으로 사용됩니다.
5.2 위험성 분류
국제적으로 HMTA는 연소성 고체, 4.1류 위험물로 분류되며, 국내 위험물안전관리법상 제1류 무기과산화물 및 제4류 인화성 고체에 해당할 수 있습니다. 대량 저장 시 자발적 가열 및 압력 증가에 의한 화재 유발 우려가 존재합니다.
6. 안전 취급 및 저장 지침
6.1 저장 조건
- 건조하고 통풍이 잘 되는 장소에 보관
- 직사광선, 고온 기기와의 접촉 금지
- 산화제 및 강산류와 격리 저장
- 정전기 발생을 방지하기 위한 도전성 용기 사용
6.2 소화 방법
화재 발생 시에는 이산화탄소, 분말소화기, 건식사 등을 사용하여 초기 진압해야 하며, 물을 직접 분사하면 반응성 증가로 인한 유해 가스가 발생할 수 있습니다. 연소 부산물에는 HCN, NOₓ, CO 등이 포함되므로, 양압형 호흡 보호구 착용이 요구됩니다.
7. 산업적 응용과 규제 현황
7.1 주요 산업 용도
- 불꽃놀이, 연기탄 제조 원료
- 수지 경화제 및 가교제
- 의약품 합성 중간체
- 가정용 고체 연료 및 야외 취사 장비
7.2 규제 정보
미국 EPA 및 OSHA에서는 HMTA를 특정 노출량 이하에서 관리하며, 작업장 내 TWA(8시간 기준)는 일반적으로 15 mg/m³ 이하로 권고됩니다. 유럽 CLP 분류에서는 자극성, 발화성, 환경 유해 가능성을 포함한 화학물질로 분류되어 있습니다.
8. 결론 – HMTA의 화학적 안정성과 위험의 균형
고체 상태에서 상대적으로 안정하며 다양한 산업 분야에서 유용하게 활용되는 화합물이지만, 고온 환경, 산화제와의 접촉 등 특정 조건 하에서는 급격한 발화 또는 열분해 반응을 일으킬 수 있는 잠재적 위험성을 내포합니다. 이에 따라 산업적 사용 시에는 화학적 반응성 이해를 바탕으로 한 안전 조치가 필수적이며, 저장 및 운반, 취급 시의 철저한 관리가 필요합니다.