KR100536885B1 - 히드로플루오로에테르를 이용한 소화 방법 - Google Patents

Abstract

고도로 플루오르화된, 포화 및 불포화 히드로플루오로에테르는 전역 방출 및 휴대용 시스템에서 단독으로 또는 다른 소화 약품과의 블렌드로 사용되는 효과적이고, 경제적이고, 비-오존-소모성인 소화 약품이다.

Description

히드로플루오로에테르를 이용한 소화 방법 {FIRE EXTINGUISHING METHODS UTILIZING HYDROFLUOROETHERS}

본 발명은 히드로플루오로에테르 소화 약품 및 히드로플루오로에테르를 사용한 소화 방법에 관련된다. 더욱 특히, 본 발명은 포화 또는 불포화, 플루오르화 C₄ 및/또는 C₅ 히드로플루오로에테르, 및 하나 이상의 다른 소화 약품과 하나 이상의 플루오로에테르와의 블렌드(blend)를 사용한 소화 약품 및 방법에 관련된다.

소화에 있어서 어떤 브롬, 염소 및 요오드-함유 할로겐화 화학제의 사용이 통상적이다. 이들 약품은 일반적으로 화염 전파를 일으키는 정상 연쇄 반응에 대한 그들의 간섭으로 인해 유효한 것으로 생각된다. 화염 억제를 위해 가장 널리 수용되는 기작은 Review of Literature Pertinent to Fire Extinguishing Agents and to Basic Mechanisms Involved in Their Action, NACA-TN 2102 (1950)에서 Fryburg에 의해 제안된 라디칼 트랩 기작이다. 할로겐의 효능이 몰 기반 상에서 Cl<Br<I의 순서라는 발견은, Vaporizing Fire Extinguishing Agents, Report 117, Dept. of Army Engineering Research and Laboratories, Fort Bevoir, VA, 1950 (프로젝트-8-76-04-003)에서 Malcom에 의해 보고된 것과 같이, 라디칼 트랩 기작을 지지한다. 따라서 할로겐 Cl, Br 및 I를 함유한 화합물은 화염에서 유리 라디칼 또는 이온 종을 간섭함으로써 작용한다는 사실과 이들 할로겐의 효능은 I>Br>Cl 순서라는 사실이 일반적으로 수용된다. 게다가, 일반적으로 소화 약품으로서 유효하기 위해서, 화합물은 Cl, Br 또는 I를 함유해야만 한다고 생각된다.

소화 약품으로서 요오드-함유 화합물의 사용은 그것의 제작 비용 또는 독성에 대한 고려 사항으로 인해 일차적으로 회피되어 왔다. 최근까지, 현재 통상적으로 사용되는 세 가지 소화 약품은 모두 브롬-함유 화합물인, 할론 (Halon) 1301 (CF₃Br), 할론 1211 (CF₃BrCl) 및 할론 2402 (BrCF₂CF₂Br)이다. 소화에 있어서 이들 세 휘발성 브롬-함유 화합물의 효능은 Owens의 미국 특허 제 4,014,799에 설명된다. 상업적으로 사용되지 않음에도 불구하고, 어떤 염소-함유 화합물 (예를 들어, Larsen에 의해 미국 특허 제 3,844,354에 설명된 것과 같이 할론 251 (CF₂CF₂Cl))은 또한 효과적인 소화 약품인 것으로 공지된다.

상기 지명된 브롬 또는 염소-함유 할론이 유효한 소화 약품임에도 불구하고, 브롬 또는 염소를 함유한 이들 약품은 지구의 보호성 오존층을 파괴할 수 있는 것으로 주장된다. 또한, 약품들이 대류권에서 그들의 분해를 허용하는 수소 원자를 함유하지 않기 때문에, 그 약품들은 또한 온실 온난화 효과에 기여할 수 있다.

더욱 최근에, 히드로플루오로탄소가 화재 억제로서 제시되었다 (예를 들어, 미국 특허 제 5,124,053 호). 그러나 이들 화합물의 단점은 그들의 상대적으로 높은 지구 온난화 잠재력이다.

그러므로 본 발명의 목적은 할론 약품을 사용한 기술만큼 신속하고 효과적으로 화재를 소화하되 상기-지명된 결점을 회피하는 소화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 나아간 목적은 효과적이고, 제조에 경제적이고, 오존 소모 및 온실 온난화 효과에 관하여 환경적으로 안전한 특징의 방법에서의 사용을 위한 약품을 제공하는 것이다.

본 발명의 더 나아간 목적은 효과적이고 환경적으로 안전한 새로운 약품과 다른 소화 약품의 블렌드를 제공하는 것이다.

발명의 개요

본 발명의 앞선 및 다른 목적, 장점 및 특성은 소화 방법 및 기구에서의 사용을 위한 소화 약품으로서 포화 또는 불포화, 더 고도로 플루오르화된 히드로플루오로에테르 및 다른 약품과 그것의 혼합물을 사용함으로써 성취될 수 있다. 더욱 특히, 본 발명의 방법은 소화 농도에서 포화 또는 불포화, 플루오르화 C₄ 또는 C₅ 플루오로에테르를 화재에 도입하는 단계 및 화재가 소화될 때까지 이러한 농도를 유지하는 단계를 포함한다. 본 발명의 특정 포화, 플루오르화 C₄ 또는 C₅ 히드로플루오로에테르는 다음을 포함한다.

CF₃CHFCF₂OCH₃, CF₃CHFCF₂OCH₂F, CH₃CHFCF₂OCF₂H,

CF₃CHFCF₂OCF₃, (CF₃)₂CHCF₂OCH ₃, (CF₃)₂CHCF₂OCH₂F,

(CF₃)₂CHCF₂OCHF₂ 및 (CF₃)₂CHCF₂ OCF₃.

본 발명의 특정 불포화, 플루오르화 C₄ 또는 C₅ 히드로플루오로에테르는 다음을 포함한다.

CF₃CF=CFOCH₃, CF₃CF=CFOCH₂F, CF₃CF=CFOCHF ₂,

CF₃CF=CFOCF₃, CF₂=CFCF₂OCH₃, CF₂ =CFCF₂OCH₂F,

CF₂=CFCF₂OCF₂H, CF₂=CFCF₂OCF₃, (CF₃)₂C=CFOCH₃,

(CF₃)₂C=CFOCH₂F, (CF₃)₂C=CFOCF₂H, (CF₃)₂C=CFOCF₃,

CF₂=C(CF₃)CF₂OCH₃, CF₂=C(CF₃)CF₂ OCH₂F, CF₂=C(CF₃)CF₂OCF₂H

및 CF₂=C(CF₃)CF₂OCF₃.

이들 히드로플루오로에테르는 단독으로, 또는 서로의 혼합물로 사용될 수 있고, 또는 다른 소화 약품과의 블렌드로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 약품은 부피/부피에 기초하여 공기 중 약 3 내지 15%, 바람직하게는 5 내지 10%의 범위 내에 있는 농도로 사용된다. 본 발명의 약품은 전역 방출 및 휴대용 화재 억제 적용 모두에서의 사용에 적합하다. 히드로플루오로에테르와의 혼합물에 적합한 소화 약품 ('블렌드')은 CF₃CHFCF₃, CF₃CF₂CF₂H, CF₃CH₂CF₃, CF₃CF₂H, 및 CF₃H를 포함한다.

본 발명의 히드로플루오로에테르는 다수의 경로를 통해 생성될 수 있다. 예를 들어, CF₃CHFCF₂OCF₂H는 다음을 포함하는 세 단계 과정을 통해 제조될 수 있다.

(i) 염기의 존재에서 메탄올을 시중 구입가능한 헥사플루오로프로펜 (CF₃CF=CF₂)과 반응시켜 CF₃CHFCF₂OCH₃를 생성하는 단계;

(ii) CF₃CHFCF₂OCH₃를 Cl₂로 염소 처리하여 CF₃CHFCF ₂OCHCl₂를 생성하는 단계; 및

(iii) CF₃CHFCF₂OCHCl₂를 HF로 플루오르화하여 최종 생성물인 CF₃ CHFCF₂OCF₂H를 생성하는 단계.

수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 같은 강염기와 더 반응시킴으로써 상응하는 불포화 C₄ 또는 C₅ 히드로플루오로에테르를 제조할 수 있다.

본 발명에 따라서, 포화 및 불포화 C₄ 또는 C₅ 히드로플루오로에테르는 사용에 안전한 농도에서 유효한 소화물인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이러한 히드로플루오로에테르는 브롬 또는 염소를 함유하지 않기 때문에, 오존 소모 가능성이 전혀 없다. 더구나, 화합물은 짧은 대기상의 수명이 특징이기 때문에, 하부 대기에서 분해되고 따라서 온실 온난화 기체로서의 위협을 지니지 않는다.

본 발명에 있어서 유용한 특정 히드로플루오로에테르는 다음과 같다.

CF₃CHFCF₂OCH₃, CF₃CHFCF₂OCH₂F, CF₃CHFCF₂OCF₂H,

CF₃CHFCF₂OCF₃, (CF₃)₂CHCF₂OCH ₃, (CF₃)₂CHCF₂OCH₂F,

(CF₃)₂CHCF₂OCHF₂, (CF₃)₂CHCF₂ OCF₃, CF₃CF=CFOCH₃,

CF₃CF=CFOCH₂F, CF₃CF=CFOCHF₂, CF₃ CF=CFOCF₃,

CF₂=CFCF₂OCH₃, CF₂=CFCF₂OCH₂F, CF₂=CFCF₂OCF₂H,

CF₂=CFCF₂OCF₃, (CF₃)₂C=CFOCH₃, (CF₃)₂C=CFOCH₂F,

(CF₃)₂C=CFOCF₂H, (CF₃)₂C=CFOCH₃, CF₂=C(CF₃)CF₂OCH₃,

CF₂=C(CF₃)CF₂OCH₂F, CF₂=C(CF₃)CF ₂OCF₂H 및 CF₂=C(CF₃)CF₂OCF₃.

이들 히드로플루오로에테르는 단독으로, 또는 서로의 혼합물로 사용될 수 있고 또는 다른 소화 약품과의 블렌드로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 단일 히드로플루오로에테르가 사용될 때, 부피/부피에 기초하여 공기 중 약 3 내지 15%, 바람직하게는 5 내지 10%의 범위에 있는 농도가 사용되고; 혼합물로 사용될 때는, 부피/부피에 기초하여 공기 중 약 3 내지 15%, 바람직하게는 5 내지 10%의 범위에 있는 농도가 사용된다. 본 발명의 히드로플루오로에테르가 다른 소화 약품들과의 혼합물 ('블렌드')로 사용되면, 히드로플루오로에테르는 바람직하게 블렌드의 질량으로 적어도 약 10 퍼센트를 이루고, 블렌드의 전체 농도는 부피/부피에 기초하여 공기 중 약 5 내지 15%, 바람직하게는 5 내지 10%의 범위에 있다. 본 발명의 약품은 전역 방출 및 휴대용 화재 억제 적용 모두에서의 사용에 적합하다. 히드로플루오로에테르와의 혼합물에 적합한 소화 약품은 CF₃CHFCF₃, CF₃CF₂CF₂H, CF₃CH₂CF₃, CF₃CF₂H, 및 CF₃H를 포함한다.

본 발명의 C₄ 또는 C₅ 히드로플루오로에테르는 화재가 소화될 수 있는 구체적으로 어떤 최소 농도에서 효과적으로 사용될 수 있는데, 정확한 최소 수준은 특정 가연성 물질, 특정 히드로플루오로에테르 및 연소 조건에 의존한다. 그러나 일반적으로, 최상의 결과는 히드로플루오로에테르 또는 혼합물 및 그것의 블렌드가 적어도 약 3 v/v%의 농도로 사용될 때 성취된다. 히드로플루오로에스테르 단독을 사용할 때, 최상의 결과는 적어도 약 5 v/v%의 약품 농도로 성취된다. 마찬가지로, 사용되는 최대 양은 경제성 문제 및 생명체에 대한 잠재적 독성에 의해 좌우된다. 약 15 v/v%는 생명체가 있는 곳에서 히드로플루오로에테르 및 혼합물 및 그것의 블렌드의 사용에 알맞은 최대 농도를 제공한다. 15 v/v%를 초과하는 농도는, 특정 가연성 물질, 선택된 히드로플루오로에테르 (또는 혼합물 또는 그것의 블렌드) 및 연소의 조건에 의해 결정되는 정확한 수준으로, 생명체가 없는 곳에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 히드로플루오로에테르 약품, 혼합물 및 블렌드의 바람직한 농도는 약 5 내지 10 v/v%의 범위에 있다.

히드로플루오로에테르는 할론 1301 및 할론 1211과 같은 할론을 위해 사용되는 전통적인 적용 기술 및 방법을 이용하여 적용될 수 있다. 따라서, 이들 약품은 약품이 밀폐된 구역 (예를 들어 방 또는 다른 밀폐공간)에 도입되는, 화재를 소화하는데에 충분한 농도로 화재를 둘러싸는 전역 방출 소화 시스템에 사용될 수 있다. 전역 방출 시스템 기구에 있어서, 장치 또는 심지어 방 또는 밀폐공간은 화재가 발생하면 적당한 농도가 자동 및/또는 수동적으로 도입될 수 있도록 약품 및 적당한 배관, 벨브, 및 제어장치의 공급원이 설비될 수 있다. 따라서, 업계에 공지된 것과 같이, 화재 소화물은 대기 상태에서 약 600 psig까지 질소 또는 다른 비활성 기체로 가압될 수 있다.

대안으로, 히드로플루오로에테르 약품은 전통적인 휴대용 소화 장치의 사용을 통해 화재에 도입될 수 있다. 소화기로부터 약품이 완전히 배출되도록 하기 위하여 휴대용 소화기에서의 압력을 질소 또는 다른 비활성 기체로 증가시키는 것이 일반적이다. 본 발명에 따른 히드로플루오로에테르 함유 시스템은 대기 상태에서 약 600 psig까지의 어떤 소망하는 압력에서 알맞게 가압될 수 있다.

본 발명의 화합물은 비파괴성 약품으로, 다른 매질이 문제를 일으키는데에 있어서 특히 유용하다. 본 발명의 히드로플루오로에테르의 몇몇 적용은 액체 및 기체성 연료 화재의 소화, 전자 장치와, 목재, 종이 및 직물과 같은 평범한 가연성 물질과 위험한 고체의 보호, 및 컴퓨터 시설, 데이터 프로세싱 장치 및 제어실의 보호이다.

본 발명은 하기의 특정 실시예를 참고로 하여 더욱 설명될 것이다. 그러나 이들 실시예는 사실상 예시적일 뿐 제한적이 아니라는 것이 이해될 것이다.

실시예 1

이 실시예는 휴대용 ("streaming") 적용에 사용하였을 때 본 발명의 화재 억제 약품으로 획득될 수 있는 원하는 "작동 반경"을 예증한다. 작동 반경은 약품의 유출이 분출될 수 있는 거리이고; 작동 반경이 길수록 더 좋은 이유는, 연소 과정으로부터 생기는 화염 및 독성 연기로 조작자가 노출되게 할 수 있는, 화재로의 과도한 접근 없이 소화를 허용할 수 있기 때문이다.

150 ml SS 실린더에 흡입 튜브를 장치하고 온/오프 벨브를 통해 딥 (dip)튜브를 방출 노즐에 연결하였다. 실린더를 50 그람의 CF₃CHFCF₂OCF₂H로 채운 다음 질소로 원하는 압력까지 가압하였다. 실린더 성분을 완전히 분출시키고 작동 반경을 기록하였다 (표 1).

실시예 2

이 실시예는 본 발명의 약품으로 분류 B 화재의 소화를 예증한다. 150 ml SS 실린더에 흡입 튜브를 장치하고 온/오프 벨브를 통해 딥 튜브를 방출 노즐에 연결하였다. 실린더를 30 그람의 CF₃CHFCF₂OCF₂H로 채운 다음 질소로 120 psig까지 가압하였다. 2인치 x 4인치 x 0.5인치의 SS 팬을 20 ml의 메탄올로 채웠다. 메탄올을 발화시키고 30초 동안 타게 한 다음; 4 피트의 거리로부터 화재에 약품을 방출하였다. 메탄올 화재는 1.5 초에 소화되었고; 총 16 그람의 약품이 방출되었다.

실시예 3

아세톤, 이소프로판올 및 헵탄 연료를 가지고 실시예 2의 방법을 사용하였다. 모든 화재가 신속하게 소화되었다 (표 2 참조).

실시예 4

이 실시예는 본 발명의 약품으로 심층의 분류 A 화재의 소화를 예증한다. 150 ml SS 실린더에 흡입 튜브를 장치하고 온/오프 벨브를 통해 딥 튜브를 방출 노즐에 연결하였다. 실린더를 30 그람의 CF₃CHFCF₂OCF₂H로 채운 다음 질소로 120 psig까지 가압하였다. 인공 건조된 전나무의 0.125 인치 조각으로 6인치 x 2인치의 6개 층으로 된 나무통을 제작하였고, 각 층은 4 조각으로 구성하였다. 통을 헵텐으로 적시고, 발화시킨 후, 5분 동안 타도록 하였다. 그 다음 약품을 화재 상에 방출하여, 신속한 (< 2 초) 소화가 이루어졌고; 총 25 그람의 약품이 방출되었다. 소화 직후 나무통은 차가웠는데, 이는 약품에 의해 제공된 효과적인 억제를 예증한다.

Claims (12)

1. CF₃CHFCF₂OCH₂F, CF₃CHFCF₂OCF₂H, CF₃CHFCF₂OCF₃, CF₃CF=CFOCH₃, CF₃CF=CFOCH₂F, CF₃CF=CFOCHF₂, CF₃CF=CFOCF₃, CF₂=CFCF₂OCH₃, CF₂=CFCF₂OCH₂F, CF₂=CFCF₂OCF₂H 및 CF₂=CFCF₂OCF₃로 구성된 군으로부터 선택되는 플루오르화 C₄ 히드로플루오로에테르 화합물을 포함하는 소화 농도의 소화 약품을 화재에 도입하는 단계 및 화재가 소화될 때까지 화합물의 농도를 유지하는 단계를 포함하는 소화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 화합물은 CF₃CHFCF₂OCH₃, CF₃CHFCF₂OCH₂F, CF₃CHFCF₂OCF₂H 및 CF₃CHFCF₂OCF₃로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 화합물은 공기 중 적어도 3 v/v%의 농도로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 화합물은 전역 방출 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 화합물은 휴대용 소화 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 조성물은 다른 소화 약품과의 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 다른 소화 약품은 CF₃CHFCF₃, CF₃CF₂CF₂H, CF₃CH₂CF₃, CF₃CF₂H, 및 CF₃H로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. CF₃CHFCF₂OCH₂F, CF₃CHFCF₂OCF₂H, CF₃CHFCF₂OCF₃, CF₃CF=CFOCH₃, CF₃CF=CFOCH₂F, CF₃CF=CFOCHF₂, CF₃CF=CFOCF₃, CF₂=CFCF₂OCH₃, CF₂=CFCF₂OCH₂F, CF₂=CFCF₂OCF₂H 및 CF₂=CFCF₂OCF₃로 구성된 군으로부터 선택되는 플루오르화 C₄ 히드로플루오로에테르 화합물을 포함하는 소화 약품.
9. (i) 염기의 존재 하에 메탄올을 헥사플루오로프로펜과 반응시켜 CF₃CHFCF₂OCH₃를 생성하는 단계;

   (ii) CF₃CHFCF₂OCH₃를 Cl₂로 염소 처리하여 CF₃CHFCF₂OCHCl₂를 생성하는 단계; 및

   (iii) CF₃CHFCF₂OCHCl₂를 HF로 플루오르화하여 CF₃CHFCF₂OCF₂H를 생성하는 단계를 포함하는 CF₃CHFCF₂OCF₂H의 제조 방법.
10. (i) 염기의 존재 하에서 C₁ 알콜을 플루오르화 C₃ 알켄과 반응시켜 제 1 반응 생성물을 형성하는 단계;

    (ii) 제 1 반응 생성물을 Cl₂로 염소 처리하여 제 2 반응 생성물을 형성하는 단계; 및

    (iii) 제 2 반응 생성물을 HF로 플루오르화하여 플루오르화 C₄ 히드로플루오로에테르를 형성하는 단계를 포함하는,

    CF₃CHFCF₂OCH₂F, CF₃CHFCF₂OCF₂H, CF₃CHFCF₂OCF₃, CF₃CF=CFOCH₃, CF₃CF=CFOCH₂F, CF₃CF=CFOCHF₂, CF₃CF=CFOCF₃, CF₂=CFCF₂OCH₃, CF₂=CFCF₂OCH₂F, CF₂=CFCF₂OCF₂H 및 CF₂=CFCF₂OCF₃로 구성된 군으로부터 선택되는 플루오르화 C₄ 히드로플루오로에테르의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 염기는 수산화나트륨 및 수산화칼륨으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 8 항에 있어서, 화합물은 CF₃CHFCF₂OCF₃인 것을 특징으로 하는 소화 약품.