KR100968883B1

KR100968883B1 - 높은 열 흡수 능력과 낮은 수분 흡수 능력을 갖는 냉각제 조성물

Info

Publication number: KR100968883B1
Application number: KR1020100017445A
Authority: KR
Inventors: 조효식
Original assignee: 고려화공 주식회사
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2010-07-09
Also published as: WO2011105696A3; WO2011105696A2

Abstract

본 발명은 높은 열 흡수 능력, 우수한 내구성, 쉽게 닳지 않는 성질 및 낮은 수분 흡수 능력을 갖는 예를 들어 정제를 제조할 수 있는 고효율의 냉각제 조성물을 제공한다. 이러한 냉각제 조성물은 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 탄산 마그네슘 50~62.5중량%, 붕산 15~22.5중량%, 수화된 칼슘 설페이트 17.5~25중량% 및 나머지 중량%의 바인더와 강화제를 포함한다.

Description

높은 열 흡수 능력과 낮은 수분 흡수 능력을 갖는 냉각제 조성물 {REFRIGERANT COMPOSITION HAVING HIGH HEAT ABSORPTION CAPABILITY AND LOW WATER ABSORPTION CAPABILITY}

본 발명은 고체 연료의 가스 발생에 의한 에어로졸 소화 영역, 특히 소화 에어로졸을 냉각시키기 위한 냉각제 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일정한 품질의 냉각제는 유동적인 물질 및 부동적인 물질 모두에 이용할 수 있으며 증발되거나 열을 분해하여 온기를 크게 흡수하여 다량의 냉각가스를 발생시킬 수 있도록 한 것이다.

종래 화재 소화 기구로는 에어로졸 냉각 방식의 소화 기구가 잘 알려져 있다. 이러한 방식의 소화 기구는 몸체와 노즐의 클래딩 형태, 노즐과 연결된 공기 배출 형태, 또는 냉각제로 채워지고 노즐 주위에 위치하면서 몸체와 연결된 저장실 형태를 갖고 있다[참고문헌 : PCT/US93/01234 93.02.10, WO93/15793 93.08.10].

또한, 화학적 물질의 가스발생 분말 소화기와 열 분해 분말 소화기도 널리 알려져 있다[특허 USP 3647393 1972년 공개]. 그러나 잘 알려진 열 흡수 재료가 너무 부피가 크거나 소화 에어로졸 냉각제로서 효율이 너무 낮아 사용에 적합하지 않다.

또한, 미국특허 제5609210호에는, 가스 발생기실에 들어가는 혼합물로서 히드록실 마그네슘과 칼슘, 스트론튬, 알루미늄, 산화마그네슘 탄산염 칼륨 유산염 그리고 그 외 합금의 혼합물이 이용된다. 이를 이용 시 방해요인으로는 압착과정에서 분쇄된 알갱이의 내구성이 작고(Q < 0.5㎏/㎠) 이동교통수단의 진동상태에서 수분 흡수작용으로 기구의 사용을 제한한다. 진동 상태에서의 내구성 부족은 냉각제 알갱이의 파괴를 가져오고 결국 가스 발생기의 작동 실패와 에어로졸 가스 분출의 냉각 효과의 저하를 가져오게 된다.

본 출원인은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제를 해소하고자 열 흡수 능력은 높고 수분 흡수 능력이 낮게 하는 냉각제 조성물을 개발하여 출원하였으나[참고문헌 : 특허공개 제10-2008-0041375호, 2008.5.13], 대량생산 적용시 실험 데이터와 같은 열 흡수 능력과 수분 흡수 능력 면에서 원치 않는 결과가 발생하여 지속적이고 다양한 실험 결과, 상기한 특허공개문헌의 필수 구성요소인 수산화칼륨에 문제가 있음을 발견하고, 이에 대한 다른 물질을 고려하던 중에, 수산화칼륨 대신에 수화된 칼슘 설페이트가 보다 더 적합하다는 사실을 실험을 통해 밝혀내어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술 뿐만 아니라 본 출원인에 의해 출원된 상기한 특허공개문헌에 개시된 발명 이상으로 실제로 적용시에도 장애 없이 높은 열 흡수 능력, 낮은 탄산함유율 및 낮은 수분 흡수능력을 지닌 냉각제 조성물을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 예를 들어 정제 등으로 제조 시에 정제 등이 고강도 특성을 지니게 하는 냉각제 조성물을 제공하는 데에 있다.

상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 높은 열 흡수 능력, 우수한 내구성, 쉽게 닳지 않는 성질 및 낮은 수분 흡수 능력을 갖는 예를 들어 정제를 제조할 수 있는 고효율의 냉각제 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 냉각제 조성물은 다용도 수송 수단의 관성력과 진동력이 있는 상태에서 사용되는 에어로졸 소화용 가스 발생기(GFA, Gasgenerator for Fire-extinguishing Aerosol)에서의 냉각제로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 냉각제 조성물은 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 탄산 마그네슘 50~62.5중량%, 붕산 15~22.5중량%, 수화된 칼슘 설페이트 17.5~25중량%, 바인더 1~5중량%와 강화제 0.5~3중량%를 포함한다. 본 발명에서 사용되는 바인더와 강화제로서 당분야에서 통상적으로 사용되는 바인더와 강화제를 사용하고, 바람직하게는 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스 소듐염이 사용되며 강화제로서 실리콘 다이옥사이드가 사용된다.

본 발명에서는, 탄산 마그네슘으로서 바람직하게는 (MgCO₃)₄·Mg(OH)₂·5H₂O 가 사용된다.

또한, 본 발명은 (a) 카르복시메틸셀룰로오스 소듐염과 물을 혼합한 후, 약 25-35℃ 범위의 온도에서 24-72시간 동안 숙성시키는 단계; (b) 상기 단계 (a) 전에, 동시에 또는 후에, 탄산 마그네슘, 붕산 및 수화된 칼슘 설페이트 및 실리콘 다이옥사이드를 정량한 후 상기 단계 (a)로부터의 생성물과 5-15분 동안 혼화시키는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)로부터의 생성물에 스테아린산 칼슘을 넣고 혼화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 냉각제 조성물을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 냉각제 조성물을 사용하여 얻어지는 기술적 결과로는 냉각제의 보장과 제조되는 정제(알약)의 고강도 특성과 함께 관계되는 능력이 있다.(~1.6MPa) 최종 생산물은 진동력과 관성력의 부동성과 높은 내습성을 갖는다.

냉각제는 가스 흐름의 온도를 낮추는 것 외에 탄산가스 함유물을 적게 한다. 또한 냉각제는 낮은 온도에서 가스의 흐름을 차단하고 탄산가스가 함유물은 낮춘다.

Gas flow에 대한 유체역학적 저항을 줄이기 위해서 직경 5~20mm, 두께 3~15mm인 냉각제 정제(알약)을 사용한다. 이때 정제(알약)의 직경과 밑 단면의 반경과의 관계는 d/r 0.05~1.3이다.

Gas flow에서 방출되는 산화탄소를 이산화탄소로 추가적으로 산화시키기 위해 냉각제 성분은 5.0~40.0% 질량의 산화제를 함유할 수 있으며 이때 산화제로는 질산염, 과염소산염, 과망간산염, 알칼리 금속 크롬산염이나 그의 혼합물을 쓰는 것이 좋다.

제안하는 성분에서 높은 내구성과 낮은 수분 흡수력을 가진 정제를 제조하려면 냉각제 성분에 5~25% 질량의 붕산을 넣는 것이 좋다.

기술적인 첨가물로써 알칼리나 알칼리토류 금속 아스테아르산염, 혹은 젤라틴, 혹은 그의 혼합물을 사용함으로 최상의 결과를 얻을 수 있다.

이것은 분말 혼합물의 유동성(flowability)을 증가시키고 응고를 방지하게 해주며 압축 과정을 단순하게 하고 정제의 고체마찰을 줄인다. 이러게 함으로써 정제의 외형이 향상되고 (빛이 생겨난다) 불량이 생길 확률이 줄어든다. 이어 덧붙여 정제의 내구성이 높아지며 진동력, 관성력에 대하여 안정도가 높아진다.

원료 주성분에 추가적으로 탄산 금속 그룹 I 혹은 II 를 첨가하는 것을 제안한다.

본 발명에서 보여지는 특징은 명시된 기술적 결과를 얻기 위하여 필요 충분적이며, 다시 말하면 본질적인 것이다.

본 발명에 따른 냉각제 조성물은 하기 표 2에 제시된 바와 같이 제조되는 정제 등이 높은 열 흡수 능력, 우수한 내구성, 쉽게 닳지 않는 성질 및 낮은 수분 흡수 능력을 갖게 한다. 이러한 물리적/화학적 특성은 본원에서 비교 목적으로 인용한 미국특허와 본 출원인의 선행특허 등의 결과 보다 우수한 것이다.

이하, 본 발명은 하기의 실시예로 설명된다. 하기 실시예 1 내지 9에서는 본 발명의 냉각제 조성물을 제조하고, 하기 실험예 1 내지 9에서는 실시예 1 내지 9로부터 제조된 냉각제 조성물의 여러 특성을 확인하고자 한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 하기 실시예로 본 발명이 한정되어서는 아니된다.

실시예 1

냉각제 조성물의 제조

카르복시메틸셀룰로오스 소듐염 50g과 물 1,650g을 혼합한 후, 온도가 약 30℃로 유지된 건조 공실에서 48시간 숙성시켜 흰색 분말이 투명한 겔(gel) 상태로 제조하였다. 별도로 플라스틱 용기에 탄산 마그네슘[(MgCO₃)₄ㅇMg(OH)₂ㅇ5H₂O 893g, 붕산(H₃BO₃)] 766g, 칼슘 설페이트 디하이드레이트(CaSO₄ㅇ2H₂O) 766g, 실리콘 디옥사이드(SiO₂) 25g을 용기에 계량하여 총 2.45㎏이 되게 하였다. 혼화된 분말 2.45㎏에 겔 상태의 카르복시메틸셀룰로오스 소듐염 바인더 액 총 1.7㎏(카르복시메틸 셀룰로오스 소듐염 50g 포함)을 혼합기로 혼화시켜 골고루 혼화하였다. 그런 다음 드라이오븐에서 70℃, 6시간 동안 건조시켰다. 건조된 화공품을 #40메쉬로 1회 체질 후, 약 70℃에서 수분 6~9%까지 추가로 약 2시간 건조시켰다. 성형 전 40메쉬에서 1회 추가 체질을 하였다. 상기 건조된 화공품 2.5㎏에 대해 스테아린산칼슘(Calcium octadecanoate : Ca(C₁₈H₃₅0₂)₂) 52g을 혼합한 후 손으로 약 5분 동안 혼화 후 성형에 사용하였다. 성형 작업은 상기 약품을 성형기(타블렛기)에서 규격별로 30~40N으로 성형함으로써 수행되었다. 이때, 성형기로는 MODEL KF-20 / 50은 외경 지름 6mm, KF-100~500은 외경 지름 7mm, KF-850 이상은 외경 지름 9mm 제품을 사용하였다. 하기 표 1 및 2 참조.

실시예 2 내지 11

상기 실시예 1에서 사용되는 탄산 마그네슘, 붕산, 수화된 칼슘 설페이트 등의 양을 하기 표 1에서와 같이 달리하여 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 냉각제 조성물을 제조하였다.

성분/실시예	냉각제 조성물을 이루는 성분의 중량 비율(%)											USP 5,609,210
성분/실시예	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	USP 5,609,210
탄산 마그네슘	35	40	45	50	50	57.5	60	62.5	65	70	75	40
붕산	30	27.5	25	22.5	20	17.5	17.5	15	15	12.5	10
수화된 칼슘 설페이트	32.5	30	27.5	22.5	25	20	17.5	17.5	15	12.5	10
카르복시메틸 셀룰로오스 소듐염	2.0	2.0	2.0	2.5	2.5	2.0	1.0	1.0	2.0	2.0	2.0
실리콘 다이옥사이드	1.0	1.0	1.0	0.5	0.5	1.0	2.0	2.0	1.0	1.0	1.0
스테아린산 칼슘	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
탄산나트륨												50
중탄산나트륨												10

실험예 1 내지 11

에어로졸 발생기에서의 냉각제 조성물의 특성 실험

상기 실시예 1 내지 9를 통해 만들어진 조성물을 이용하여 하기의 표 2에서 제시한 바와 같은 다양한 실험을 수행하였으며, 상세한 설명은 하기와 같다.

대규모 형태의 시스템에서는 종래의 방식으로 일정한 비율의 필수 구성 요소로 잘게 부스러진 혼합물을 만든다.

만들어진 혼합물에 100.0MPa 압력의 압축 방식으로 질량 0.2~2.0, 직경 5-20mm, 두께 3-10mm의 정제를 제조하였다. 그런 다음, 250g 정도 수량의 냉각제 정제를 250g의 에어로졸 형성 원료 추진제와 함께 화재진압 가스 발생기 몸체에 배치한다. 추진제가 연소되는 산출물의 온도는 대략 1250-1350℃ 이다.

모든 샘플 실험은 동일한 조건에서 이루어졌다. 냉각제 조성물 정제를 가지고 실험한 내용은 표 2에 제시되어 있다.

실험 장치로는 산업용 제조 소화 에어로졸 발생기가 사용되었다.

- 냉각제 층 높이 75mm

- 연소 물질 사용량 10-12 r/c

온도 측정은 오실로그래프에 의해 기록되었고 (크롬방울) 열전대로 하였다.

진동 실험은 진동 스탠드에서 최고 20g의 적재량을 9m 높이에서 떨어뜨려 수행하였다(개발 및 운송 적재에 대한 실험).

압축 방식으로 얻어지는 정제의 내구력 특성에 관한 연구는 BNEEXF PET-2 기구에서 개발한 표준 방법론에 따라 행해졌다.

에어로졸 성분에서 탄산가스(CO) 함유량 판정은 발생기가 위치하고 있는 구역에서 이루어졌다. 발생기가 작동하면 그 구역에서 소화 농축물이 발생하는데 이때 가스 샘플을 채취하고 가스 분석기구 CO-CH(자동시험)에서 탄산가스의 함유량을 분석하였다.

냉각제 정제의 수분흡수 정도를 판정하기 위해 습도 100%를 발생시키는 건조기(desiccator)에 넣었다. 이 후 24시간 마다 정제의 무게 증가를 조절하여 수분 흡수력을 계산하였다. 실험 결과는 하기 표 2에 제시되어 있다.

물성/실시예	본 발명에 따른 냉각제 조성물이 포함된 제품과 미국특허와의 비교
물성/실시예	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	USP 5,609, 210
가스배출온도(℃)	210	200	190	170	165	175	175	180	190	200	210	240
강도 (MPa)	0.5	0.6	1.0	1.5	1.8	1.7	1.6	1.5	1.1	0.7	0.5	0.05
탄산함유율 (%)	2.0	1.8	1.3	0.8	0.7	0.9	1.0	1.1	1.5	1.8	2.0	2.4
수분 흡수율(%)	10.0	9.5	6.5	5.3	5.3	5.2	5.7	6.5	8.1	8.1	11.0	16.0

상기 실험을 통해 얻은 상기 표 2를 통해, 본 발명에 따른 조성물에 의해 종래기술(미국특허 제5,609,210호)에 비하여 가스 배출 온도는 낮아지고, 강도는 높아지며, 탄산 함유율은 낮아지고, 수분 흡수율은 낮아짐을 확인할 수 있다. 특히, 상기 표 2를 통해, 탄산 마그네슘의 경우에는 함량이 50~62.5중량%일 때, 붕산의 경우에는 함량이 15~22.5중량%일 때, 수화된 칼슘 설페이트의 경우에는 함량이 17.5~25중량%일 때가 상기한 바와 같이 여러 특성 면에서 가장 탁월함을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

탄산 마그네슘[(MgCO₃)₄·Mg(OH)₂·5H₂O)], 수화된 칼슘 설페이트(CaSO₄·2H₂O) 및 붕산을 포함하는 것을 특징으로 하는 소화에어로졸 냉각제 조성물.
제 1항에 있어서,
바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스 소듐염과 강화제로서 실리콘 다이옥사이드(SiO₂)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소화에어로졸 냉각제 조성물.
제 2항에 있어서,
조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 마그네슘 카보네이트[(MgCO₃)₄·Mg(OH)₂·5H₂O)] 50~62.5중량%, 붕산(H₃BO₃) 15~22.5중량%, 수화된 칼슘 설페이트(CaSO₄·2H₂O) 17.5~25중량%, 카르복시메틸셀룰로오스 소듐염 1~5중량% 및 실리콘 다이옥사이드(SiO₂) 0.5~3중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 소화에어로졸 냉각제 조성물.
(a) 카르복시메틸셀룰로오스 소듐염과 물을 혼합한 후, 25-35℃ 범위의 온도에서 24-72시간 동안 숙성시켜 젤 상태로 제조하는 단계;
(b) 탄산마그네슘, 붕산 및 수화된 칼슘 설페이트 및 실리콘 다이옥사이드를 정량한 후 혼합기에서 5~15분간 혼화하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)의 혼화된 분말과 단계 (a)의 젤 상태 바인더 액을 균일하게 혼화 및 건조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하여 냉각제 조성물을 제조하는 방법.
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