JP2008518735A - 火災を防ぐ及び/又は消火する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、一般的には火災を防ぐ及び/又は消火する方法に関し、特に火災を防ぐ及び/又は消火するために水を抱えたポリマー粒子を表面に塗布する方法に関する。
水は、通常火災を消火するため及びその近隣の構造物への広がりを防ぐために使用される。水は、火災に適用されると、熱除去及び酸素剥脱を含むいくつかの有利な効果を有する。水が火災に隣接する構造物にその広がりを防ぐために向けられると、火災は、その隣接構造物がその燃焼又は発火温度に達しうる前に隣接構造物上(又はその中の構成要素中の)の水を蒸発させるのに十分な熱を提供するに違いない。
火災の近隣の構造物への広がりを防ぐために水を使用することの不利点の一は、構造物に向けられる水の大部分が防火のために構造物に浸み込むことなく、構造物から地面に流れ落ちる傾向があるということである。その結果、かなりの水が無駄になる。別の不利点は、大部分の構造物が限られた量の水しか吸収しないので構造物に浸み込む水が火災に対して限られた防火しか提供せず、限られた量の吸収された水が迅速に蒸発するということである。従って、防火を継続するために連続的に繰り返し水を近隣の構造物に適用するのにかなりの労働力が費やされなければならない。
火災を消火するのに水を使用することの不利点は、前述の流れ落ちる問題のためにかなりの量の水が直接は火災の消防に努めたり消火したりしないということである。火災の消火において水を使用することの別の不利点は、火災に直接吹き付けられた水が火災の上層で蒸発し、適用された水よりかなり少ない水が十分に浸透できて火災の基部を消火するということである。
von Brucherらによる米国特許第4,978,460号にも、火災を消火及び/又は防ぐために乾燥した吸収剤ポリマーを含む水性系を使用することが記載されている。米国特許第4,978,460号の乾燥した固体ポリマー粒子は、粒子の凝集を防ぐために水溶性剥離剤で包まれている。カプセルに封入された固体の顆粒状粒子が膨潤する(すなわち、水の吸収により膨張する)時間は10秒乃至数分である。典型的なホースの長さで消防に努める場合には、10秒は水が消火ホースに連行される現実より長い。従って、標準的な消火装置でそのような封入されたポリマー粒子を使用する場合には、粒子が膨潤するのに十分な時間がなく、粘度は粒子が表面に付着しうるほど十分には増大しない。
前述の最新式の消火用の水吸収剤ポリマー粒子は、それが乾燥した固体の顆粒であるために、多くの消火用途においてそのようなポリマーを使用することは、不可能でなくても困難である。例えば、そのようなポリマーを標準的な装置で標準的な消火ホースに排出することは、そのようなポリマーの特別な性質のためにほとんど不可能である。更に、ポリマーの乾燥した固体の性質が粒子の凝集、及びその後の消火ホースからの水流の閉塞を促進する。従って、場合によっては、消火の用途において乾燥した固体の顆粒状粒子を使用するためには、“そのような物質の取り扱いに適合するポンプ及び噴霧ノズル”のような特別な装置を提供することが必要である(例えば、Zweigleによる米国特許第3,758,641号を参照されたい。)。
更に、小川や川のような天然の水が水源として使用される場合には、ポリマーを水源にバッチ添加することによりそれを予め混合することは不可能である。例えば、ポリマー添加剤を流水や川に注ぐと、ポリマー添加剤の大部分は、火災の対処に使用するための水の吸引点を単に流れ過ぎるであろう。
本開示の一実施態様においては、火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布する方法には、植物油分散液の形の架橋ポリマー粒子を提供すること、得られる水-添加剤混合物の粘度を約100cPより高粘度に増大させるのに十分な量の水-吸収剤としての分散液を水に添加すること、及び水の吸収後には添加剤が水の総量の約50質量%(wt.%)以上を保持する添加剤/水混合物を、火災を防ぐ及び/又は消火するために表面に向けることが含まれる。
本開示の別の実施態様においては、火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布する方法には、水-添加剤混合物を形成するために植物油及び乾燥した粉末状の架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液を水に添加すること、及び膨潤後にはポリマーが水-添加剤混合物中に約50質量%以上の水を保持する添加剤-水混合物を、火災を防ぐ及び/又は消火するために表面に向けることが含まれる。
好ましくは、分散液は、1種以上の親水性モノマーの乾燥した架橋ポリマーを植物油中に分散させたものである。典型的には、ポリマーはアクリルアミド及びアクリル酸誘導体 (例えば、アクリル酸塩)のコポリマーである。好ましくは、ポリマーは、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)塩のターポリマーである。重合により得られるポリマー粒子は、一般的には約74μ未満の粒度に粉末化され、通常粒子の70%が37μ未満の粒度である。しかしながら、約10乃至約200μの粒度のポリマー粒子が使用されうる。
分散液の調製には、実質的にはいずれの水不溶性の植物油も使用しうる。好ましくは、植物油は菜種油(又はその精製された形であるカノーラ油)である。
ゲルは、典型的には、分散液を消火水に添加した後に形成される。油及び分散した架橋水膨潤性ポリマー粒子の粒度の選択は、分散液を消火水に添加した後に形成されるゲルの所望の軟度/剛性により決定される。固定化したゲルの形成は、一般的には約3秒以下で起こる。従って、粒子は、好ましくは約3秒未満の膨潤時間を有する。ゲルは、典型的には約100cP以上、好ましくは約500cP以上、約50,000cP以下の粘度を有する。“固定化した”ゲルの形成は、ゲルが接触時に垂直表面に付着することを意味する。
好ましくは、添加剤は、水の吸収後に添加剤が水の総量の約50質量%以上を保持するような十分な量が存在する。
ヒュームドシリカのような懸濁剤は、分散液に安定性及び流動性を提供するために使用されうる。これは、標準的な消火装置で容易に排出されうるように、水に導入される分散液を液体の形で供給することを可能にする。ヒュームドシリカの使用は、分散液に安定性を提供するばかりでなく、水-添加剤混合物(ゲル)の安定性を驚くほど増大させ、より低い添加剤濃度でも固定化したゲルを形成しうる。ヒュームドシリカもまた直接食品添加剤として認可されている。
植物油(例えば、カノーラ油)、ソルビタンモノオレエート、及びヒュームドシリカを含む、実質的にそれらからなる、又はそれらからなるポリマー分散液は、これらの配合成分が食品であるか又は直接食品添加剤として認可されているので、健康、安全、環境及び取り扱い面で特に望ましい。
添加剤は、その寸法及び質量に対してかなりの量の水を吸収しうる高吸収性ポリマー、及び得られる水-添加剤混合物が比較的高粘度を有する増粘剤の性質を兼ね備える。従って、消火ホースの端部から噴霧される水-添加剤混合物は垂直及び水平の両表面に機能的な厚さで容易に付着する。この付着は、水-添加剤混合物が、それが比較的長時間付着する構造物の損傷を火災から防ぎ、それにより構造物を再び塗布するのに必要な労働力を最小化する。従って、火災付近の構造物を塗布するのにこの水-添加剤混合物を使用することは、構造物に保護膜を提供する。このようにして、構造物に付着する添加剤の水を抱えたポリマー粒子中に存在するかなりの量の水の効果に打ち勝たなければならないので、火災は容易には広がらないであろう。更に、添加剤により吸収された水の量は純水により提供されたそれより迅速には蒸発しないので、添加剤の使用は火災を防ぐ及び/又は消火するためにより多量の水を提供する。その上、添加剤の消火上の利点は、噴霧(例えば、水-添加剤混合物で構造物の表面を覆った後)により再び満たされうるということである。噴霧は、典型的には、ポリマーにより保持された水の一部が蒸発するときに実施される。
この添加剤の消火水への添加方法は、好ましくは排出、ポンプ輸送、又は水源へのバッチ添加による。添加剤の種類及び性質が標準的な消火装置による排出を可能にする。
あるいは、添加剤は、消防自動車(20)の水タンク(18)にバッチ添加してもよい。前と同様に、添加剤は流動性の分散液であるため、現在使用されている固体添加剤の場合に必要であるような、凝集を回避するための広範囲の撹拌又は分離運搬又は剥離剤の添加の必要がない。本開示の添加剤のバッチ添加においては、典型的にはごくわずかな混合しか必要としない。
添加剤を、例えば、消火ホースへの排出又は水タンクへのバッチ添加によりかなりの量の消火水に導入する場合には、分散液が消火水と混合して、分散液内のポリマー粒子が多量の水に暴露され、迅速に有意量の水を吸収する。
植物油分散液内の膨潤した粒子は均質な高粘度の流体を形成する。分散液の性質のために、得られる水-添加剤混合物は短い(好ましくは約3秒以下)膨潤又は吸収時間及び比較的高粘度を有するので、混合物が容易に垂直及び水平の両表面に付着しうる。更に、水-添加剤混合物は、添加剤が標準的な消火装置により容易に排出されうるのに十分な流動性を有する。
火災が表面(22)に近づくと、火災に最も近接した外側の水を抱えたポリマー粒子(24)が、水の蒸発点に達するまで熱を吸収する。従って、より壁に近い水を抱えたポリマー粒子(24)は、外側の水を抱えたポリマー粒子(24)が蒸発するまで保護される。次いで、次の層の水を抱えたポリマー粒子(24)が水の蒸発点に達するまで熱を吸収し、それにより残存する内側の層の水を抱えたポリマー粒子(24)を保護する。この過程は、最も内側の層の水を抱えたポリマー粒子(24)の水が蒸発するまで継続する。水が空気の泡より有意に高い熱容量を有するので、この過程は、熱を吸収するのに水の代わりに空気を使用する従来の泡を使用するより有意に効果的に熱を吸収する。
追加の利点として、保護された表面に至るまで火災が水を抱えたポリマー粒子の層から水を蒸発させる時まで、火災の進出点より上の表面の塗膜は、塗膜ゲルの粘度に依存して滑り落ちて部分的に再び塗布し、火災の進出した領域を保護する。このことはまた、現在定期的に表面を湿らせることを必要とする労働力及び物質資源を最小化する。明らかに、火災が燃焼し続ければ、ある時点で火災が添加剤から実質的にすべての水を蒸発させるであろう。しかし、火災の進出及び火災による損傷を遅らせることにより、及び火災を直接消火するのに添加剤を用いることにより、消防士は減速した火災をより効果的に消火し、火災による損傷は従来の消火技術及び物質が消火に使用される場合の損傷より有意に低下するであろう。従って、添加剤は消火技術における実質的な飛躍を示す。
添加剤のこれらの性質のために、水-添加剤混合物はまた、山又はやぶ火事の消火に努める場合にも人工防火地帯として使用するのに適する。混合物は火災の前方に噴霧することができ、茂みや木々のような構造物を塗布するので、火災が処理された領域に達するときにその進出が停止し、消防士は火災が更に前進することなく炎を消火しうるであろう。このことは、防火地帯のためにブルドーザーを使用したり焼き払いをしたりして領域を一掃するような従来の防火地帯の手段を使用するより有意に損傷を低下させる。
ポリマーは、好ましくは、植物油分散液中の乾燥した架橋水溶性ポリマーである。ポリマーは、アクリルアミド、アクリル酸誘導体、無水マレイン酸、イタコン酸、2-ヒドロキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-tert-ブチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、2-ジメチルアミノエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸誘導体、及びその他の親水性モノマーのような親水性モノマーのポリマーでもよい。好ましくは、ポリマーは、アクリルアミド及びアクリル酸誘導体のコポリマーであり、更に好ましくは、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)塩のターポリマーである。塩は、一般的にはいずれの1価の塩でもよいが、好ましくはナトリウム又はカリウム塩である。
水の硬度、換言すれば、ポリマー粒子の膨潤度に影響を及ぼす水中の2価のカチオン量のために、成分は水の硬度の影響を弱めるように導入されうる。この適用において水の硬度の影響を弱めるのに適するモノマーはAMPS又はその誘導体である。乾燥ポリマーに含まれるAMPSの量は特定の使用地域における水の硬度に依存して変化しうる。しかしながら、特に硬水のない地理的地域においては、ポリマーは、硬水の影響を弱める化学物質を含まなくても有効である。
開示された添加剤の短い膨潤時間及び流体状態のために、添加剤は、タンク車又は消火栓のような消火ホース及び水源を有する標準的な排出系において使用するのにすばらしく適する。これは、本開示の方法を実施する特別な装置の必要性を排除する。本開示はまた、添加剤をタンク車のタンクに直接添加することにより使用するのにも適する。このためには、消防タンク車上の標準的な1890リットル(500ガロン)のタンクを処理するのに37.9乃至56.8リットル、すなわち59.0kg未満(10乃至15ガロン、すなわち130ポンド未満)の添加剤しか必要としない。水1リットルあたり200gの添加剤が必要である(典型的な1890リットル(500ガロン)のタンクに378kg(約835ポンド)の添加剤が必要であることに相当)von Brucherらによる米国特許第4,978,460号に示されるように、このことは、業界の状態を有意に改良する。
消火及び防火の性質を評価するために、添加剤についていくつかの試験を実施した。
厚さ6.35mm(1/4インチ)の1.2m(4フィート)×1.2m(4フィート)の合板に、排出装置を用い、以下の表中の製品4を2.5体積%の水-添加剤混合物溶液で約6.35mm(1/4インチ)の厚さに塗布した。この塗布後に、合板をプロパンガスバーナーによる直火に暴露させた。処理された合板の全焼時間を測定し、処理されていない合板の同一シートの全焼時間と比較した。処理された合板の全焼時間は9分12秒であった。処理されていない合板の全焼時間は2分40秒であった。
添加剤の消火水流への排出は、添加剤の正確な濃度を保証しないし、正確なゲル塗膜の厚さを認めない。添加剤濃度、ゲルの厚さ及び垂直表面の安定性の正確な難燃性を比較するために、これらの変数を制御する実験を実施した。一連の添加剤の正確な濃度は、排出装置の前処理をシミュレートする低速度のブレンダーで調製した。厚さ6.35mm(1/4インチ)のポプラの板材に(引き延ばし技術を用いて)正確な厚さの塗膜を塗布した。更に、正確なプロパン火炎熱及び衝突距離を使用した。すべての場合に、添加剤/水混合物からブレンダー中で調製され、試験に使用されたゲルは、3秒未満で固定化された。次いでゲルをポプラの板材上で表1に示される厚さに拡げ、前述のように試験した。
比較のために、市販の鉱油を基剤とする乳濁液製品(製品(2))について試験した。製品(2)は、防火性において本開示の製品(4)より劣っている。更に、製品(2)の鉱油を基剤とする配合物の粘度は、濃度を低下させるためのヒュームドシリカの添加により(製品(2A)において)有意に改良されない。本開示の分散液において植物油(実際には天然産の脂肪酸エステルである)キャリヤーを用いヒュームドシリカにより付与されたゲルの安定性の増大は有意な予期せぬ利点である。
米国特許第6,245,252 B1号(第7欄第19行目)に記載されているように、逆相重合により製造される乳濁液ポリマーは迅速に乳濁液を“反転させる”ためによりHLBの高い乳濁液を必要とする。反転乳化剤は、油-連続相を希釈水に乳化させ、膨潤しうるようにポリマー粒子を水に暴露させる。植物油、すなわち脂肪酸エステルを使用する本開示においては、非常に安定なゲルを迅速に製造するために、しばしば湿潤剤とも呼ばれる反転界面活性剤を必要としない。
製品(6)は、製品(4)と比較した場合、より粗い粉末の乾燥ポリマーであっても、垂直ゲルの安定性はいくらか失われるが、わずかに高いゲル濃度で使用されうることを示す。
塗布においては、添加剤は標準的な排出系で使用される3.79又は19.0リットル(1又は5ガロン)の容器に提供されうる。排出のための添加剤の濃度は0.1乃至10%(体積/体積)が好ましいが、20体積%までの濃度は許容しうる。濃度が20体積%をかなり超えると、水-添加剤混合物の粘度がしばしば扱いにくくなる。同様に、タンクへの直接混合で使用するためには、添加剤は、好ましくは0.1乃至10体積%の濃度でバッチ混合されるが、約20体積%までの濃度は許容しうる。約1.0乃至約3.0体積%の添加剤濃度が消火に関して適する特性を提供し、それより高い濃度は一般的に必要ない。低濃度の使用はまた費用効果を向上させる。
Claims (21)
- 火災を防ぐ及び/又は消火するために含水ポリマー粒子を表面に塗布する方法であって、
(a)植物油及び乾燥した粉砕された架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液を水に添加して含水ポリマー粒子を含む水-添加剤混合物を形成する工程であって、前記ポリマーが膨潤後に前記水-添加剤混合物中に約50質量%を超える水を保持する工程、そして
(b)火災を防ぐ及び/又は消火するために前記水-添加剤混合物を表面に向ける工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記分散液が、界面活性剤及び安定剤からなる群から選択される1種以上の添加剤を更に含む請求項1記載の方法。
- 前記水-添加剤混合物の粘度を約100センチポアズ(cP)より高粘度に増大させるのに十分な量の前記分散液が添加される請求項1記載の方法。
- 前記植物油が、菜種油及びカノーラ油からなる群から選択される請求項1記載の方法。
- 前記ポリマーの粒度が、約10乃至約200μである請求項1記載の方法。
- 前記界面活性剤の正味の親水性-新油性バランス(HLB)値が、約8未満である請求項2記載の方法。
- 前記水-添加剤混合物の流動特性を調節するために前記分散液に正味のHLB値が約8を超える界面活性剤を添加することを更に含む請求項1記載の方法。
- 前記安定剤が、ヒュームドシリカである請求項2記載の方法。
- 前記分散液の添加が、標準的な消火排出装置で分散液を水に排出することを含む請求項1記載の方法。
- 前記分散液の添加が、前記分散液の水へのバッチ添加を含む請求項1記載の方法。
- 前記ポリマーの膨潤時間が、約3秒未満である請求項1記載の方法。
- 前記水-添加剤混合物の粘度を約500乃至約50,000cPに増大させるのに十分な量の前記分散液が添加される請求項1記載の方法。
- 前記ポリマーが、親水性モノマーから形成される請求項1記載の方法。
- 前記親水性モノマーが、アクリルアミド及びアクリル酸誘導体からなる群から選択される請求項13記載の方法。
- 前記アクリル酸誘導体が、アクリル酸塩である請求項14記載の方法。
- 前記ポリマーが、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸塩のターポリマーである請求項1記載の方法。
- 前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約0.01乃至約50体積%(vol.%)である請求項1記載の方法。
- 前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約0.1乃至約10体積%である請求項1記載の方法。
- 前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約1乃至約2体積%である請求項1記載の方法。
- 前記水-添加剤混合物を表面に向けたあと、前記水-添加剤混合物を噴霧することを更に含む請求項1記載の方法。
- 前記ポリマーにより保持された水の一部が蒸発するときに前記噴霧を実施することを含む請求項20記載の方法。
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