KR100188903B1

KR100188903B1 - 하이드로플루오로카본을 이용한 배합물 및 소화방법

Info

Publication number: KR100188903B1
Application number: KR1019910700404A
Authority: KR
Inventors: 유이찌 이꾸보; 레스터 로빈 마크
Original assignee: 루돌프 제이. 에이치. 부어호브; 그레이트 레이크스 케미칼 코포레이션
Priority date: 1989-08-21
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1999-06-01
Also published as: US5124053A; KR920700720A; ZA906427B

Abstract

고플루오르화, 포화 C₂및 C₃하이드로플루오로카본은 토탈 플러딩 및 휴대용 시스템에서 단독으로 또는 기타 소화 제제와의 배합물로 사용되는, 효과적이고 경제적이며 비오존 소모의 소화제제이다.

Description

[발명의 명칭]

하이드로플루오로카본을 이용한 배합물 및 소화(消火)방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

[발명분야]

본 발명은 고(高)플루오르화 C₂및 C₃하이드로플루오로카본을 이용한 배합물 및 소화방법에 관한 것이다.

[종래기술의 설명]

불을 끄기 위해 특정한 브롬, 염소 및 요오드 함유 할로겐화 화학제제를 사용하는 것은 일반적이다. 이러한 제제들은 대개 화염전파의 원인이 되는 통상의 연쇄반응을 간섭하기 때문에 효과적이라고 여겨진다. 가장 보편적으로 인정되는 화염 진압 메카니즘은 프라이버그가 제시한 라디칼 트랩 메카니즘이다(Fryburg, Review of Literature Pertinent to Fire Extinguishing Agents and to Basic Mechanisms Involved in Their Action, NACA-TN 2102 (1950)). 할로겐의 효능은 몰농도 기준으로 C1 Br I 순이라는 발견은 말콤이 보고한 것처럼 라디칼 트랩 메카니즘을 뒷받침한다. (Malcom, Vaporizing Fire Extinguishing Agents, Report 117, Dept. of Army Engineering Research and Development Laboratories, Fort Bevoir, VA. 1950 (Project-8-76-04-003)). 따라서 할로겐 C1, Br 및 I가 들어 있는 화합물은 화염속에 있는 자유 라디칼 또는 이온종들을 간섭함으로써 작용하고 이러한 할로겐들의 효능은 I Br C1 순이라는 것이 통상 받아들여진다.

반대로, 하이드로플루오로카본(즉 C, H, 및 F 원자만 함유한 화합물)은 지금까지 연소를 억제하는데 있어 어떤 화학적 작용을 나타낸다고 인식되어 있지 않았다. 따라서 소화제로서 효과적이려면 화합물은 C1, Br 또는 I를 함유해야 한다고 생각되고 있다.

소화제로 요오드 함유 화합물을 사용하는 것은 주로 제조비용 또는 독성 문제 때문에 회피되어 있다. 현재 통용되고 있는 3가지 소화제는 모두 브롬함유 화합물인 할론(Halon) 1301(CF₃Br), 할론 1211(CF₂BrC1) 및 할론 2402(CF₂BrCF₂Br)이다. 불을 끄는데 있어서 디들 세가지 휘발성 브롬함유 화합물의 효능은 오웬즈의 미합중국 특허 4,014,799에 기재되어 있다. 상업적으로 사용되지는 않았지만, 몇몇 염소함유 화합물, 예컨대 미합중국 특허 3,884,354에 기재된 할론 251(CF₃CF₂C1) 은 효과적인 소화제로 알려져 있다.

앞에서 언급한 브롬함유 할론들은 효과적인 소화제이지만 브롬 또는 염소를 함유한 제제들은 지구 보호 오존층을 파괴할 수 있다고 몇몇 사람들이 주장하고 있다. 또한 대류권에서 제제가 파괴되도록 하는 수소원자가 제제속에 들어있지 않기 때문에 제제는 온실효과를 일으킬 수도 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 결점들을 피하면서 현재 사용되는 할론 제제를 사용하는 방법만큼 신속하고 효과적으로 불을 끄는 소화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 효과적이고 경제적으로 제조할 수 있고 오존 고갈과 온실효과에 대해 환경적으로 안전한, 기재된 특징을 가진 방법에 사용하기 위한 제제를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 효과적이고 환경적으로 안전한 하이드로플루오로카본과 기타 소화제의 배합물을 제공하는 것이다.

[발명의 요약]

본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적, 이점 및 특징은 소화방법 및 장치에 사용하기 위한 소화제로서 포화, 고플루오르화 하이드로플루오로카본 및 그것의 가타 제제와의 배합물을 사용함으로 성취될 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 방법은 포화 C₂및 C₃고플루오르화 하이드로카본을 불에 소화농도로 도입하고 불이 꺼질 때까지 그 농도를 유지하는 단계를 수반한다. 본 발명의 포화 고플루오르화 하이드로플루오로카본에는 식 C_xH_yF_z의 화합물이 포함된다. 여기서 x는 2 또는 3이고; y는 1 도는 2이고; z는 5, 6 도는 7이고; x가 2일 때는 y는 1이고 z는 5이고, x가 3일 때는 z는 6또는 7이다. 본 발명에 따라 유용한 구체적인 하이드로플루오로카본은 헵타플루오로프로판(CF₃CHFCF₃), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판(CF₃CH₂CF₃), 1,1,1, 2,3,3-헥사플루오로프로판(CF₃CHFCHF₂) 및 펜타플루오로에탄(CF₃CHF₂)이 있다. 이들 하이드로플루오로카본은 단독으로, 서로간의 화합물로 또는 기타 소화제와의 배합물로 사용될 수 있다. 일반적으로 본 발명의 제제는 v/v 기준으로 약 3내지 15%, 바람직하게는 5내지 10%의 농도로 사용된다.

[바람직한 구체예의 설명]

본 발명에 따르면 포화 고플루오르화 C₂및 C₃하이드로플루오로카본은 사용하기에 안전한 농도에서 효과적인 소화제임이 밝혀졌다. 그러나 상기 하이드로플루오로카본에는 브롬 또는 염소가 들어있지 않기 때문에 오존 고갈 포텐셜이 0이다. 또한, 상기 화합물에는 수소원자가 들어있기 때문에 저대기권에서 분해될 수 있어 온실 효과 기체로서 위협을 가하지 않는다.

본 발명에 따라 유용한 구체적인 하이드로플루오로카본은 식 C_xH_yF_z의 화합물이다. 여기서 x는 2 또는 3이고; y는 1또는 2이고; z는 5, 6또는 7이고; x가 2일 때 y는 1이고 z는 5이고; x가 3일 때 z는 6 또는 7이다. 본 발명에 따라 유용한 구체적인 하이드로플루오로카본으로는 헵타플루오로프로판(CF₃CHFCF₃), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판(CF₃CH₂CF₃), 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(CF₃CHFCHF₂) 및 펜타플루오로에탄(CF₃CHF₂)이 있다.

이러한 화합물들은 단독으로 또는 서로간의 혼합물로 또는 기타 소화제와의 배합물로 사용된다. 본 발명의 하이드로플루오로카본과 배합되는 기타 제제로는 할론 1301(CF₃Br), 할론 1211(CF₂BrC1), 할론 2402(CF₂BrCF₂Br), 할론 251(CF₃CF₂C1) 및 CF₃CHFBr과 같은 염소 및/또는 브롬함유 화합물이 있다. 헵타플루오로프로판과 할론 1201(CF₂HBr)의 혼합물은 이 화합물들이 넓은 온도범위에 걸쳐 유사한 증기압을 가져 혼합물의 조성이 방출 또는 기타 적용시에 비교적 일정하게 유지되므로 특히 바람직하다.

본 발명의 하이드로플루오로카본이 배합물로 사용될 경우, 그것들은 배합물의 적어도 약10중량%의 수준으로 존재하는 것이 바람직하다. 하이드로플루오로카본은 여모 및 브롬함유 제제의 환경적인 악영향을 최소화하기 위해 그러한 배합물에 더 높은 수준으로 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 사용되는 하이드로플루오로카본 화합물은 비독성이고 경제적으로 제조할 수 있다. 예컨대, 헵타플루오로프로판은 U. K. 특허 902,590에 기재된 것처럼 시판되는 헥사플루오로프로판(CF₃CF=CF₂)과 무수 HF를 반응시켜 용이하게 제조될 수 있다. 마찬가지로 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판은 무수 HF를 펜타플루오로프로펜(CF₃CF=CF₂)과 반응시켜 합성할 수 있다. 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판은 헥사플루오로프로펜(CF₃CF=CF₂)을 수소화함으로써 얻을 수 있다. 펜타플루오로에탄은 플루오르화수소산을 테트라플루오로에틸렌((CF₂=CF₂)에 가함으로써 얻을 수 있다.

본 발명의 포화 고플루오르화 C₂및 C₃하이드로플루오로카본은 실질적으로 불이 꺼질 수 있는 어떤 최소 농도에서도 효과적으로 사용될 수 있고, 정확한 최소 수준은 특정한 가연성물질, 특정한 하이드로플루오로카본 및 연소 조건에 좌우된다. 그러나, 일반적으로 최선의 결과는 하이드로플루오로카본 또는 혼합물 및 그의 배합물이 적어도 약 3%(v/v)의 농도로 사용될 경우에 얻어진다. 하이드로플루오로카본이 단독으로 사용될 경우, 적어도 약 5%(v/v)의 수준의 제제로 최선의 결과가 얻어진다. 마찬가지로, 사용되는 최대량은 경제성 및 생물체에 대한 잠재적인 독성의 관점으로부터 결정된다. 주거 지역에서는 약 15%(v/v)가 하이드로플루오로카본, 혼합물 및 그것의 배합물의 사용하기에 편리한 최대 농도를 제공한다. 비주거 지역에서는 15%(v/v) 이상의 농도로 사용될 수 있으며, 정확한 수준은 특정한 가연성 물질, 선택된 하이드로플루오로카본(또는 혼합물 또는 그의 배합물) 및 연소 조건에 좌우된다. 본 발명에 따른 하이드로플루오로카본 제제, 혼합물 및 배합물의 바람직한 농도는 약 5내지 10%(v/v)이다.

하이드로플루오로카본은 할론 1301과 할론 1211과 같은 할론에 사용되는 종래의 적용 기술 및 방법을 사용하여 가할 수 있다. 따라서 이들 제제는 제제가 불을 끄기에 충분한 농도로 불을 둘러싸는 밀폐지역(예컨대 방 또는 기타 밀폐공간)에 도입되는 토탈 플러딩(total flooding) 소화시스템으로 사용될 수 있다. 토탈 플러딩시스템(total flooding system)에 따르면, 장치, 설비 또는 심지어 방 또는 밀폐공간에는 제제공급원 및 불이 나는 경우 적당한 농도로 제제를 자동 및/또는 수동으로 도입하기 위한 적당한 배관, 밸브 및 컨트롤이 구비되어 있다. 따라서, 본 분야 전문가들에게 공지된 바와 같이 소화제는 대리조건에서 질소 또는 기타 비활성 기체에 의해 약 600 psig까지 가압될 수 있다. 다른 방법으로, 하이드로플루오로카본 제제는 종래의 휴대용 소화기를 사용하여 불에 가해질 수 있다. 제제가 소화기로부터 완전히 방출될 수 있도록 질소 또는 기타 비활성 기체로 휴대용 소화기에서의 압력을 증가시키는 것이 통상적이다. 본 발명에 따른 하이드로플루오로카본함유 시스템은 대기 조건에서 약 600 psig까지 소정의 압력으로 용이하게 가압될 수 있다.

본 발명의 실시는 다음 실시예로 예시될 것이며, 실시예는 설명의 목적으로 제시된 것이며 제한적인 것은 아니다.

[실시예 1]

정적인(static) 소화시험(total flooding)을 하기 위해 28.3 입방 리터의 시험 밀폐공간을 구성하였다. 밀폐공간에 플렉시글라스(Plexiglas) 관찰구멍을 설치하고, 상부에는 시험할 제제의 유입구를, 그리고 바닥 가까이에는 공기가 들어갈 수 있는 유입구를 설치 하였다. 제제를 시험하기 위해 90×50㎜ 유리접시를 밀폐공간의 중앙에 놓고 론소놀(RONSONOL)이란 상표명으로 시판되는 담배 라이터액 10g으로 채웠다. 연료를 점화하고 제제를 도입하기 전에 15초동안 예비연소시켰다. 예비연소하는 동안 공기를 하부 유입구를 통해 밀폐공간에 유입시켰다. 15초 후 공기유입구를 닫고 소화제제가 밀폐공간으로 유입되었다. 6.6% v/v의 제제 농도가 되도록 소정량의 제제를 공급하였다. 제제를 도입한 때와 소화 시점 사이의 시간으로 소화시간을 측정하였다. 농도가 6.6% v/v인 헵타플루오로프로판, 할론 1301, 할론 1211 및 CF₃CFFBr에 대한 평균 소화시간을 표 1에 도시한다.

[실시예 2]

헵탄을 연료로 사용하여 실시예 1의 실험방법을 행하였다. 6.6%v/v의 동일한 제제에 대한 평균 소화시간도 표 1에 나타내었다.

이 표는 사용된 제제의 6.6v/v에서 각종 연료에 필요한 연소시간을 나타낸다. 이 수준에서 헵타플루오로프로판은 n-헵탄 화염을 끄는데 브롬-함유 할론만큼 효과적이며 라이터액 화염을 끄는데 다른 제제와 거의 같은 효과를 나타낸다.

본 발명에 따라 순수한 하이드로플루오로카본의 약 5-10%의 수준이 통상 사용하는데 바람직하다. 너무 적은 양의 제제를 사용하면 불을 끌 수가 없고 과량의 연기를 발생시키게 되며 제제의 연소에 의해 HF를 방출시킬 가능성도 있다. 과량을 사용하면 낭비이고 생물체에 유해한 수준으로 공기중의 산소를 희석시킬 수 있다.

[실시예 3]

챔버에 2마리의 흰 쥐를 넣고 실시예 1을 반복하였다. 소화 후 쥐를 총 10분동안 연소생성물에 노출시킨 후 챔버로부터 꺼냈다. 모든 쥐는 노출된 동안 병세를 나타내지 않았고 장치로부터 꺼내진 후에 정상적으로 움직였다.

[실시예 4]

공기와 n-부탄이 유리컵 버너에서 생성된 화염에 계속해서 공급되는 컵 버너 시험 방법을 사용하여 헵타플루오로프로판과 1,1,1,2,3,3,-헥사플루오로프로판에 대한 동적 연소시험 데이터를 얻었다. 시험되는 제제의 증기를 공기와 혼합하여 화염에 도입하고 제제의 농도는 흐름이 화염을 꺼뜨리기에 충분할 때까지 천천히 증가시켰다. 이러한 방법으로 헵타플루오로프로판과 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판에 대하여, 그리고 비교를 위해 하기 기타 할론 제제에 대해 데이터를 얻었다: 할론 1301(CFBr); 할론 1211(CFBrC1); 할론 251(CFCFC1); 할론 25(CFCFH); 및 할론 14(CF). 화염을 꺼드리는데 필요한 공기(v/v) 중의 각 제제의 백분율은 표 2에 주어져 있다.

[실시예 5]

헵타플루오로프로판과 할론 1301, 할론 1211 및 할론 251을 실시예 4의 방법을 사용하여 n-헵탄 확산 화염을 꺼뜨리는데 사용하였다. 시험데이터는 표 3에 나타내었다.

표 2와 3에 나타낸 동적 시험 데이터는 본 발명에 따라 헵타플루오로프로판, 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판 및 펜타플루오로에탄을 사용하는 것이 할론 14(CF)와 같은 다른 공지의 비-브롬 또는 비-염소 함유 할론보다 훨씬 더 효과적임을 나타낸다. 더욱이, 헵타플루오로프로판은 효과면에서 염소함유 클로로플루오로카본인 할론 251에 비견할만하다. 후자의 관계는 n-헵탄 연료 뿐만 아니라 n-부탄 연료에 대해서도 나타난다. 할론 1301 및 할론 1211과 같은 브롬 및 염소함유 제제가 컵 버너 시험에서는 하이드로프루오로카본 제제 보다 다소 더 효과적이지만, 본 발명에 따른 제제를 사용하면 매우 효과적이며 할론 1301, 할론 1211 및 할론 251과 같은 염소 및 브롬함유 할론의 사용시 마주치게 되는 중대한 환경적인 핸디캡을 피할 수 있다.

[실시예 6]

35.2ℓ의 시험 밀폐 공간으로 실시예 1의 방법을 사용하여 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판에 대한 정적 상자 소화 데이터를 얻었다. 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판 외에도, 비교할 목적으로 할론 1301, 할론 1211 및 할론 251도 시험하였다. 모든 제제는 5.5%(v/v)의 시험 농도로 공급하였다.

표 4의 데이터는 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판이 매우 효과적인 소화제임을 나타낸다. 이것은 거의 클로로플루오로카본인 할론 251만큼 효과적이고, 할론 1301과 할론 1211과 같은 브롬함유 할론과 비교할 때 충분히 효과적이며 염소 및 브롬함유 할로겐의 오존고갈 및 기타 환경적인 영향이 없기 때문에 바람직하다.

소화제로서 매우 효과적인 제제인 것 외에도, 본 발명의 방법에 따른 농도에서의 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판은 중독학적 안전범위 내에 든다.

하기 실시예는 혼합물 또는 브롬함유 할론 소화제를 포함하는 배합물로서 본 발명에 따른 하이드로플루오로카본 제제의 효과적인 사용을 나타낸다.

[실시예 7]

헵타플루오로프로판과 할론 1201(CFHBr)의 각종 혼합물에 대해 실시예 4의 컵 버너 방법을 사용한 동적 시험 데이터를 얻었다. 유리컵 버너에서 생성된 n-헵탄 화염에 공기 및 제제의 혼합물을 계속해서 공급하였다. 주어진 헵타플루오로프로판 흐름에서 흐름이 화염을 꺼뜨리기에 충분하게 될 때까지 CFHBr의 흐름을 천천히 증가시켰다. 각종 헵타플루오로프로판 유속에서 실험을 반복하고, 결과는 표 6에 나타내었다.

표 6은 관찰된 공기중 실제 부피 백분율을 나타낸다. 표 6은 또한 혼합물 중의 계산된 중량퍼센트의 헵타플루오로프로판을 나타낸다. 또한 표 6은 각 제제에 있어 오존 고갈포텐션(ODP)을 나타낸다. 할론 1201에 대한 ODP데이터는 다음 방법으로 계산하였다. 순수한 화합물에 대한 ODP는 다음식으로 계산하였다.

이 표현에서, P는 광분해인자이다. 분자가 대류권 광분해되도록 하는 특별한 구조적 특징이 없는 경우 P=1.0이다. 그렇지 않으면, 아래 표 5의 상수 표에 나타낸 것처럼 P=F, G 또는 H이다.

할론 1201의 중량 퍼센트에 순수한 할론 1201의 ODP를 곱하여 혼합물에 대한 ODP를 얻었다.

이들 데이터는 헵타플루오로프로판과 할론 1201의 혼합물에 의해 효과적인 화염 소화가 얻어질 수 있고, 할론 1201의 ODP는 헵타플루오로프로판을 함께 제공함으로써 상당히 감소될 수 있음을 나타낸다.

[실시예 8-11]

표 7, 8, 9 및 10은 하기 제제 혼합물에 대한 실시예 7의 방법을 사용하여 얻은 확산 화염 소화 데이터를 나타낸다.

표 7 - 헵타플루오로프로판과 할론 1211(CFBrC1)

표 8 - 헵타플루오로프로판과 할론 1301(CFBr)

표 9 - 펜타플루오로에탄과 할론 1201(CFHBr)

표10 - 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판과 할론 1201(CFHBr)

이들 표에는 로렌스 리버모어 리써취 래버러토리즈에 의해 보고된 순수한 할론 1211 및 1301에 대한 ODP 데이터도 있다. 할론 1201에 대한 ODP는 상기한 방법으로 계산하였고 혼합물에 대한 ODP는 할론 제제의 중량 퍼센트에 순수 할론의 ODP를 곱하여 얻었다.

표 7내지 10의 데이터는 본 발명에 다른 하이드로플루오로카본과 염소 및/또는 브롬함유 할론의 각종 혼합물의 효과적인 소화제제이며, 염소 및/또는 브롬함유 물질과 본 발명에 따른 하이드로플루오로카본을 혼합시킴으로써 이들의 ODP가 상당히 감소된다는 것을 나타낸다. 현재 사용되는 염소 및 브롬함유 할론과 마찬가지로 헵타플루오로프로판, 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판 및 펜타플루오로에탄과 같은 포화 고플루오로화 C및 C하이드로플루오로카본은 비파괴적인 제제이고, 기타 매체의 청소가 문제가 되는 경우 특히 유용하다. 본 발명의 하이드로플루오로카본은 액체 및 기체 연료로 인한 불의 소화, 전기장치, 나무, 종이 및 직물과 같은 통상의 가연성 물질, 위험한 고형물의 보호 및 컴퓨터설비, 데이터 프로세싱장치 및 컨트롤룸의 보호에 적용되기도 한다.

Claims

일반식 C₃H_yF_z의 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 하이드로플루오로카본 화합물로 필수적으로 이루어지는 조성물을 소화농도로 불에 도입하는 단계 및 불이 꺼질 때까지 상기 조성물의 농도를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소화방법, 상기 식 중, y는 1 또는 2이고, z는 6또는 7이다.
제1항에 있어서, 화합물이 약 15%(v/v) 미만의 수준으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 화합물의 소화농도는 약 5내지 10%(v/v)인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 화합물이 토탈 플러딩 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 화합물이 휴대용 소화 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
일반식 C₃H_yF_z의 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 하이드로플루오로카본 화합물로 필수적으로 이루어지는 비파괴적인 소화제제, 상기 식중, y는 1또는 2이고, z는 6또는 7이다.
제1항에 있어서, 화합물이 헵타플루오로프로판, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판, 펜타플루오로에탄 및 그 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
제1항내지 제5항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 화합물이 헵타플루오로프로판인 것을 특징으로 하는 방법.
약5내지 15%(v/v) 농도의 헵타플루오로프로판을 불에 도입하는 단계 및 불이 꺼질 때까지 헵타플루오로프로판의 상기 농도를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소화방법.