JP7580452B2 - 消火のための組成物及び方法 - Google Patents

Description

本明細書で行われる開示は、一般に、消火の分野に関連し、より特に、消火のための組成物及び方法に関する。

火災は燃焼の化学的プロセスであり、物質が急速に酸化されて、熱、光、及び１つ以上の反応生成物の放出をもたらす。燃焼中、可燃性物質は、酸化プロセスを引き起こすのに十分な熱の存在下で、酸素又は酸素に富む化合物と反応する。特定の状況下では、火災は望ましくなく、かつ制御できない場合があり、火災の大きさ並びに広がる速度及び方向は広範囲でかつ予測不能である。

古くから、水は最も頻繁に使用される消火媒体であり、それは、燃焼している表面を燃焼している物質の発火点より低い温度まで急速に冷却する能力があることによる。燃焼している表面を冷却した結果として、水が蒸発する。水が蒸発すると、燃焼している表面の冷却された部分が再び加熱されて、燃焼を開始する可能性がある。

研究者は、水と比較して、より効果的かつ効率的である消火剤の開発に携わってきた。 米国特許第９，６８７，６８６Ｂ２号明細書は、置換又は非置換の炭水化物又は炭水化物誘導体及びオリゴシロキサンを含む界面活性剤を含む消火フォーム（消化用泡）を開示している。そのような界面活性剤は、燃焼している液体（例えば、燃料）の表面上で閉じた水の膜の形成を容易にして、燃焼している液体が気相へと変わるのを防ぐ。しかし、燃焼している面が木材のような固く、粗く、かつ多孔質の材料である場合は、それが燃焼している表面上での泡化の完全な分配を妨げるので、消火には効率的ではない。

米国特許第９，６８７，６８６号明細書

したがって、発泡する（泡化する）ことなく、親水性表面及び疎水性表面の両方の上での火災を消火するのに非常に効果的かつ効率的である、消火のための組成物及び方法が必要とされている。

本発明は、界面活性剤及び潮解性アニオン塩の水溶液を含む、消火用の組成物に関する。消火方法もまた開示されている。その方法は、界面活性剤及び潮解性アニオン塩を水中で混合して水溶液を形成し、その水溶液を燃焼している表面の上に広げることを含む。

一実施形態では、その水溶液は、少なくとも０．５質量％の界面活性剤を含み、その界面活性剤は、例えば、トリシロキシン－ポリエーテル変性されたものである。 好ましくは、潮解性アニオン塩は塩化カルシウムである。

この水溶液は、非常に低い表面張力及び０°の接触角（これは、水分子が高い可動性及び移動特性を有することを意味する）を有し、それによって、燃焼している表面と接触したときに、実質的に全く泡化することなく、非常に良好に、広がり、浸透し、かつ湿らす。したがって、本発明は、燃焼表面への酸素の供給を遮断し、熱エネルギーの物質（水）への移動によって表面温度を迅速かつ即座に低下させることができ、これは次に、より有効かつ効率的に消火するのに役立つ。

［添付した図面の簡単な説明］
本発明は、本明細書で以下に与える詳細な説明及び例示としてのみ与えられる付随する図面から完全に理解され、したがって、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の例示の実施形態による、消火方法の流れ図を示している。 図２は、本発明の例示の実施形態による、消火用の組み立て装置の概略図を示している。 図３Ａ及び３Ｂは、本発明の代替の実施形態による消火装置の断面図を示している。

本発明の好ましい実施形態の詳細な説明をここに開示する。 しかしながら、実施形態は、本発明の単なる例示であり、これは様々な形態で具体化することができることを理解されたい。したがって、本明細書に開示される詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲のための及び当業者に本発明を教示するための基礎として解釈されるべきである。本明細書中で使用されている数値データ又は数値範囲は、限定するものとして解釈されるべきではない。 好ましい実施形態の以下の詳細な説明を、添付の図面に従って、個別に又は組み合わせて説明する。

本明細書で使用する様々な用語を以下に定義する。 請求項において使用されている用語が以下において定義されていない範囲で、刊行物（例えば、辞書、記事、又は公開された特許出願）及び本願出願時において発行されている特許中に反映されているように、その用語に対して関連する技術者が与えている最も広い定義を用いて理解すべきである。

＜定義＞
消火（Fire extinguishing/firefighting） － 住宅及び商業施設、沖合の施設（プラント）、森林などでの望ましくない火災が広がることを防止し、消火する処置（プロセス）。
組成物／配合物 － ２つ以上の化学要素又は化合物の混合物。それは、粉末、液体、エマルション、溶液、コロイド懸濁液、フォーム（泡）、ゲルなどの形態であることができる。
広がる（拡散） － 噴霧（スプレー）、スプリンクラー、シャワー、はね散らす（スプラッシュ）、注ぎかける、などによって、表面／物質の上に液体を分配する処置（プロセス）。

本発明は、消火のための組成物及びその方法に関する。その組成物は、界面活性剤及び潮解性アニオン塩の水溶液を含む。この水溶液は非常に低い表面張力及び０°の接触角（これは、水分子が高い可動性及び移動特性を有することを意味する）を有し、燃焼している表面と接触したときに実質的に全く泡となる（泡化する）ことなく、広がり、浸透し、及び湿らせるのに有効かつ効率的であり、したがって、燃焼している面及び細孔のすべての範囲への酸素供給を遮断し、熱エネルギーの物質（水）への移動によって表面温度をすぐに低下させ、これは次に、より有効かつ効率的に消火するのに役立つ。

界面活性剤は、ポリエーテル変性トリシロキサン、特にヒドロキシル末端を有する、エトキシル化された３－（３－ヒドロキシプロピル）－ヘプタメチルトリシロキサンである。

好ましい実施形態では、組成物の成分は、表１に挙げたように特定の比率で混合される。

上記の成分の比率は試験を目的とするものであり、実際の比率は必要に応じて変更できることを理解されたい。任意選択により、消泡剤、例えば シリコーンオイルを、起泡を完全に防ぐために組成物に含有させてもよい。

水及び慣用される界面活性剤に対する、本発明に係る２つの異なるサンプル、すなわち、サンプル１（０．０５質量％のポリエーテル変性トリシロキサン）及びサンプル２（０．１０重量％のポリエーテル平成トリシロキサン）の特性（表面張力及び接触角）を表２に示す。

以上の結果から、本発明は、燃焼している表面に接触した際に、実質的に全く泡を生じることなく、優れた広がり、浸透、及び湿潤能力を有し、それが、より有効かつ効率的に消火するのに役立つことが明らかである。

さらに、アニオン塩は、水溶液の沸点を上昇させ、それにより、水の気化（湿潤）を遅らせる。水の完全な気化後であっても、潮解性のアニオン結晶の薄膜が、燃焼する面上に形成され、これがその燃焼する面への酸素の供給を遮断し続ける。したがって、本発明は、親水性表面並びに疎水性表面の両方の上で消火するのに有効である。

さらに、燃焼する面からの熱によって水溶液が乾燥した場合、微細な潮解性のアニオン塩の結晶が、炭化水素の燃焼によって生じる水を吸収し、それが結晶を再び水溶液に変えて、それが燃焼する面を濡らし続ける。さらに、この組成物は有毒又は重金属化合物を含まず、それゆえ、環境に優しい。この組成物を使用する完全な消火プロセスは、以下の段落において詳しく説明する。

図１は、本発明の例示する実施形態による、消火方法の流れ図を示している。この方法（１００）は、界面活性剤と潮解性アニオン塩を水中で混合して水溶液（１１０）を形成し、その水溶液を燃焼面（１２０）の上に広げるステップを含む。好ましくは、界面活性剤はポリエーテル変性トリシロキサンであり、かつ潮解性アニオン塩は塩化カルシウムであり、水溶液中の界面活性剤、潮解性アニオン塩、及び水の比率は表１のとおりである。

より好ましくは、ポリエーテル変性トリシロキサンは、ヒドロキシル末端の、エトキシル化された３－（３－ヒドロキシプロピル）ヘプタメチルトリシロキサンである。このようにして、水溶液の表面張力が最小限に抑えられ、したがって、燃焼している表面及び多孔質材料のすべての範囲と接触したときに泡化することなく又は最小限の泡化を伴って、水溶液の広がり、浸透、及び湿潤の能力が向上し、したがって燃焼している表面への酸素の供給を遮断し、これが次に、より有効かつ効率的に消火を助ける。

潮解性アニオン塩は、一価アニオン塩、二価アニオン塩、又は任意の他の塩であることができる。界面活性剤と潮解性アニオン塩の混合物は、水溶液の表面張力を低下させて、水溶液が、燃焼している表面にわたって迅速かつ均一に広がり、燃焼している表面への酸素供給を遮断することを可能にする。

固体表面に加えて、本発明はまた、例えば、溶融した材料、例えば、プラスチック、ゴム、及びワックス上の火を、あるいは泡を最小限に抑えるか又は泡を全く使わずに消火する必要のあるその他の火、例えば、森林火災を消火するために適用することができる。

本発明の中核となるアイデアは、火災場所においていくつかの化学物質を単に添加するだけで、水を大量の消火媒体に変えることができるというものであり、特に消防用水プール、ホース、消火用水スプリンクラーを都合よく備えた施設に適している。

好ましい実施形態では、水溶液は、消火装置を使用して燃焼している表面の上に広げられ、その場合、上記の水溶液は、消火装置に充填され、その消火装置から排出されて、水溶液を、燃焼している表面の上に広げる。好ましくは、消火装置は、手持ち式円筒形圧力容器であり、その場合、上記の水溶液は、手持ち式円筒形圧力容器内に水溶液を充填するとともに、手持ち式円筒形圧力容器内で加圧される。より好ましくは、水溶液は、その水溶液及び／又は手持ち式円筒形圧力容器の内面に対して非反応性のガス、例えば窒素を使用して加圧される。

図２は、本発明の例示の実施形態による、消火用の組み立て物（アセンブリ）の概略図を示している。組み立て物（１５０）は、水又は任意の従来からの消火栓を受け入れるための入口（１５２）を備えたタンク（１５１）を含む。界面活性剤の容器（１５３）及び塩の容器（１５４）がタンク（１５１）に接続され、ここで、タンク（１５１）の中への界面活性剤及びアニオン塩の流れがバルブを開閉することによって制御されるように、制御弁（図示せず）がタンク（１５１）と各容器（１５３、１５４）の間に接続されている。

混合機構（１５５）は、タンク（１５１）内の内容物を混合するためのらせんコンベヤーの形態で備えられ、界面活性剤及びアニオン塩が容器（１５３、１５４）からタンク（１５０）へと移送されるときに、混合機構（１５５）が作動して、その移送された内容物を水の中に溶かす。さらに、排出ホース（１５６）が、別の制御弁（図示せず）を介してタンク（１５０）に接続されており、その制御弁が開かれると、タンク（１５１）内の水がホース（１５６）を通して排出され、燃焼している表面へと向けられる。好ましくは、制御弁及び混合機構（１５５）は、任意の慣用されている電子制御ユニットを通じて操作される。

あるいは、消火用の組成物を調製し、その組成物を燃焼している表面全体に広げるために、制御弁及び混合機構（１５５）を手動で操作してもよい。さらに、その組み立て物（１５０）は、消防車両に備え付けられるように構成することができ、その場合、界面活性剤のカートリッジ及び潮解性アニオン塩は車両の水タンク中に滴下し、電動アームを使用してその内容物を混合することができる。あるいは、内容物の混合は、車両が動いている間にタンク内で生じた波によっても可能である。

図３Ａ～３Ｂは、本発明の代替の実施形態による消火装置の断面図を示している。消火装置（２００）は、消火用組成物（２０２）を含む貯槽（タンク）（２０１）を含み、組成物（２０２）は、界面活性剤及び潮解性アニオン塩の水溶液である。好ましくは、界面活性剤はポリエーテル変性トリシロキサンであり、かつ潮解性アニオン塩は塩化カルシウムであり、ここでその水溶液中の界面活性剤、潮解性アニオン塩、及び水の割合は表１のとおりである。

消火装置（２００）は、手持ち式の円筒形圧力容器であり、閉じ蓋（２０３）は、閉鎖されたときにタンク（２０１）と気密シールを形成する。水溶液は、水溶液及びタンク（２０１）の内面に対して非反応性のガス、好ましくは窒素ガスを使用して、手持ち式の円筒形圧力容器内で加圧される。水溶液を排出するために、排出管（２０４）がタンク（２０１）に固定されており、ここで、排出管（２０４）の入口端はタンク（２０１）の底部の近くに配置されており、かつ排出管（２０４）の出口端はタンク（２０１）の外側に配置されている。バルブ（２０５）は排出管（２０４）の出口端近くに固定され、バルブ（２０５）は容易に開閉することができ、同時にその出口端は燃焼している表面に向けられる。図３Ｂに示されているように、バルブ（２０５）が開いたときに水溶液の排出を可能にするレベルまで、水溶液が加圧される。

本発明は、TAIWAN FIRE TECHNOLOGY FOUNDATIONにおいて試験され、手持ち式円筒形圧力容器は上述した比率の組成物で満たされて、窒素ガスを使用して加圧され、一方、別の手持ち式円筒形圧力容器は水道水で満たされ、窒素ガスで加圧された。両方の圧力容器は、規格１．４と認められる消火器に従ってＡ－２火炎モデルを消火するために使用され、この場合、本発明は火をうまく消したが、その一方、水道水は消火に失敗した。

本明細書で使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形の名詞は、文脈が明らかに別のことを示していない限り、複数形も含むことを意図している。 「含む」（英文明細書において対応するcomprises, comprising, including, 及びhaving）という用語は包括的であり、したがって、記載した特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定しているが、1つ又は複数の他の機能、整数、ステップ、操作、要素、構成成分、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。

本明細書に記載した方法のステップ、プロセス、及び操作は、実施の順序として具体的に特定されていない限り、論じた又は図示した特定の順序でそれらを実施することを必ず必要とすると解釈されるべきではない。追加又は代替のステップを使用できることも理解されるべきである。「少なくとも」又は「少なくとも１つ」という表現の使用は、その使用が実施態様の１つにおいて、所望する目的又は結果の１つ又は複数を達成することができる１つ又は複数の要素の使用を示唆している。

１５０・・・消火用の組み立て物
１５１・・・タンク
１５２・・・入口
１５３・・・容器
１５４・・・容器
１５５・・・混合機構
１５６・・・排出ホース
２００・・・消火装置
２０１・・・タンク
２０２・・・消火用組成物
２０３・・・閉じ蓋
２０４・・・排出管
２０５・・・バルブ

Claims (17)

1. 界面活性剤及び潮解性アニオン塩の水溶液を含み、前記界面活性剤がポリエーテル変性トリシロキサンであることを特徴とし、前記ポリエーテル変性トリシロキサンが、ヒドロキシル末端を有する、エトキシル化された３－（３－ヒドロキシプロピル）－ヘプタメチルトリシロキサンである、燃焼している表面の消火用組成物。
2. 前記水溶液が、少なくとも０．５質量％の前記界面活性剤を含む、請求項１に記載の組成物。
3. 前記アニオン塩が一価のアニオン塩である、請求項１に記載の組成物。
4. 前記アニオン塩が二価アニオン塩である、請求項１に記載の組成物。
5. 前記二価アニオン塩が塩化カルシウムである、請求項４に記載の組成物。
6. 前記水溶液が５質量％の前記潮解性アニオン塩を含む、請求項１に記載の組成物。
7. 前記燃焼している表面が親水性表面である、請求項１に記載の組成物。
8. 前記燃焼している表面が疎水性表面である、請求項１に記載の組成物。
9. 界面活性剤及び潮解性アニオン塩を水中で混合して水溶液（１１０）を形成するステップ、及び前記水溶液を燃焼している表面（１２０）の上に広げるステップを含む、消火方法（１００）であって、前記界面活性剤が、ポリエーテル変性トリシロキサンであり、前記ポリエーテル変性トリシロキサンが、ヒドロキシル末端を有する、エトキシル化された３－（３－ヒドロキシプロピル）－ヘプタメチルトリシロキサンであることを特徴とする消火方法。
10. 前記水溶液が、少なくとも０．５質量％の前記界面活性剤を含む、請求項９に記載の方法（１００）。
11. 前記水溶液が、少なくとも５質量％の前記潮解性アニオン塩を含む、請求項９に記載の方法（１００）。
12. 前記アニオン塩が一価アニオン塩である、請求項９に記載の方法（１００）。
13. 前記アニオン塩が二価アニオン塩である、請求項９に記載の方法（１００）。
14. 前記アニオン塩が、塩化ナトリウム及び塩化カルシウムのうちの少なくとも１つである、請求項９に記載の方法（１００）。
15. 前記水溶液を、燃焼している表面（１２０）の上に広げるステップが、消火装置を前記水溶液で充填し、前記水溶液を前記消火装置から排出して前記燃焼している表面の上に広げることを含む、請求項９に記載の方法（１００）。
16. 前記燃焼している表面が親水性表面である、請求項９に記載の方法（１００）。
17. 前記燃焼している表面が疎水性表面である、請求項９に記載の方法（１００）。

Images