KR101763409B1

KR101763409B1 - 자동 소화기용 방염액 조성물

Info

Publication number: KR101763409B1
Application number: KR1020160050460A
Authority: KR
Inventors: 임철민; 노수오
Original assignee: 전주대학교 산학협력단; 노수오
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-08-04

Abstract

본 발명은 자동 소화기의 방염액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인산암모늄, 인산소다, 붕사, 붕산, 폴리옥시알킬레이티드 알킬 인산 에스터(polyoxyalkylated alkyl phosphoric acid ester) 및 물을 주성분으로 포함하는 방염액을 전기화학적 수처리하여 물의 용해분을 21 내지 27 wt% 상승시킴으로써 기존 방염액의 백화 현상, 갈반 현상, 얼룩 현상을 방지하고 내구성이 강하며, 자동 소화기에서 장시간 보관시 침전물이 생성되지 않고, 영하 20℃에서도 결빙되지 않는 액체형 자동 소화기의 방염액 조성물에 관한 것이다.

Description

자동 소화기용 방염액 조성물{Flame retardant composition for automatic fire extinguisher}

현재까지 소화기 폭발사고의 대부분은 1990년부터 1997년까지 생산된 가압식 분말소화기를 사용했으며, 용기 하단의 용접부위 주변이 부식되어 내구성이 약화되어 방사 압력을 견디지 못하고 파열하면서 사고로 이어지는 것이 주를 이루었다. 이후 가압식 소화기에 가스용기를 내장하여 소화기 작동 레버를 움켜잡았을 때 소화 약제가 분사되는 방식으로 변화시켜, 소화기 폭발과 같은 불의의 사고를 미연에 방지하고자 하는 노력이 있었다.

소화기는 동결 방지제를 구비하는 물 소화기(펌프식, 축압식, 가압식), 산·알칼리 소화기, 강화액 소화기(축압식, 가스가압식), 포말 소화기, 할로겐 화합물 소화기, 액화 탄산가스를 봄베에 넣고 용기 밸브를 설치한 이산화탄소 소화기, 분말 소화기(축압식, 가스가압식)로 분류된다. 도 1은 종래의 축압식 분말소화기의 구조와 가압식 분말소화기의 구조를 나타낸 것이다.

이 때 사용되는 소화약제는 물 소화약제, 포 소화약제, 이산화탄소 소화약제, 할로겐 화합물 소화약제, 청정 소화약제, 분말 소화약제로 분류되며, 또한, 소화 약제는 화재의 종류별로 분류하여 사용될 수 있다.

구체적으로, 물 소화약제는 비열과 증발 잠열이 크고, 열 전도계수와 열흡수가 크며, 물은 극성 결합을 하므로 비중점이 높으며 동파 및 응고 현상의 문제가 있다. 다른 소화약제와 혼합하여 수용액으로 적응성이 없으며, 전기 화재나 금속 화재에는 적응성이 없으며 물 방사 후 2차 피해 우려가 있다.

포 소화약제는 단백포(PH 6.0~7.5), 합성 계면활성제포(PH 6.5~8.5), 내알코올형포(PH 6.0~8.5), 불화단백포가 사용된다.

이산화탄소 소화약제는 화학적으로 안정하고, 가연성과 부식성이 없다. 이산화탄소의 허용 농도는 5000 [rpm](0.5%), 상온에서 기체이며 가스 비중은 공기 보다 1.5배 무겁다.

할로겐 화합물 소화약제는 변질, 분해가 없으며, 전기 부도체이고 가연성 액체 화재에 소화 속도가 매우 크다.

청정 소화약제는 할로겐 화합물(할론 301, 할론2402, 할론 1211 제외) 및 불활성 기체로써 전기적으로 비전도성이며, 휘발성이 있거나 흡습성이 강하고 잔여물이 남기지 않는 액체이다.

분말 소화약제는 순도 75% 이상, 물에 불용해분 5[wt%], 물 용해분 20[wt%]이다. 화재시 열 분해에 의해 메타 인산(HPO₃), 암모니아, 수증기의 생성물이 되는데, 메타 인산(HPO₃)은 가연물의 표면에 부착되어 산소와 접촉을 차단하기 때문에 제1종, 제2종 분말 소화약제 보다 소화 효과는 20~30[%] 크다.

국내 소화기 제조사의 대부분은 축압식 분말소화기를 제작이 주를 이루고 있으며, 용량과 적용 범위만 달리할 뿐 기능성 소화기의 제작은 전무하다고 할 수 있다.

소방서에서는 소화기 관련사고를 방지하기 위해 낡은 구형 가압식 소화기는 신형 축압식 소화기로 교체하는 것을 권장하고 있으며 소화기 분말이 굳는 것을 방지하기 위해 두세 달에 한 번씩 소화기를 뒤집어 흔들어 주는 행위 등 1차원적 사고 방지 지침만을 제안하고 있다. 또한, 소화기 분말의 고체화 방지를 위해 비바람에 노출되는 장소나 습기가 많은 장소의 소화기 설치에 대한 지속적인 점검 및 특별한 관리만을 제안할 뿐, 보다 근본적인 사고 방지를 위한 기능성 소화기 제작에는 별다른 움직임을 보이지 않고 있는 실정이다.

액체형 방염액은 화재 발생시 일정 시간 타지 않도록 연소를 지연시키고 화염발생을 억제한다.

그러나, 대부분의 방염액은 연소 확산을 저지시키는 작용이 있지만, 방염액이 연소하면서 강한 연기와 독성 물질이 포함된 연소물질이 발생하여 위험을 초래할 수 있다. 이러한 방염액의 단점을 보완하기 위하여 방염액에 산화성이 강한 질산칼륨을 일정량 첨가하여 방염액의 화염형성을 빠르게 하여 화재 진행을 억제하는 방법이 있다. 현재 방염액의 주성분으로 인산암모늄과 질산칼륨이 다양하게 사용되고 있으며, 인산암모늄의 주요 작용은 탈수작용으로 탄화물 형성을 용이하게 하여 화염 발생을 억제한다. 질산칼륨은 가스계 소화설비 대체 제품으로 각광받고 있는 고체에어로졸 자동 소화장치의 주요 소화성분이다. 방염액의 주성분인 인산암모늄에 질산칼륨을 첨가하여, 화재 시 열 및 불꽃과 접촉하여 발생되는 산화력이 강한 라디칼이 소화약제로 작용하고 탄화층 형성을 빠르게 하여 화재 초기에 연소를 억제할 수 있다.

또한, 플라스틱 화재의 경우, 플라스틱의 방염성을 증가시키는 방염액은 크게 반응성 방염액(reactive flame retardant)와 첨가형 방염액(additive flame retardant)로 나뉘며, 이를 잘 조합하면 높은 방염 상승효과를 얻을 수 있다. 하기 표 1은 플라스틱 화재에 방염 성능을 제공하는 할로겐계 방염액의 종류를 나타낸다.

방염액의 종류	품명
브롬계	-데카브롬계 데카브로모디페닐옥사이드(DBDPO) 옥타브로모디페닐옥사이드(OBDPO) 테트라브로모디페닐옥사이드(TBDPO) -비데카계 테트라브로모비스페놀(TBA) 헥사브로모사이클로데칸(HBCD) 비스트리브로모페녹시에탄(FF680) 트리브로모페놀(TBA) 폴리카보네이트올리고머 에틸렌비스테트라브로모프탈아미드 브롬화폴리스티렌 테트라브로모스페놀A에폭시올리고마
인계	인산에스테르계 함할로겐인산에스테르계 폴리인산염계 적인계
염소계	염소화파라핀 퍼클로사이클로펜타데칸 클로렌드산
무기계	삼산화안티몬 수산화알루미늄 수산화마그네슘 질소화구이니딘 오산화안티몬

첨자형 방염액와 반응성 방염액은 다른 첨가제와 조합하면 상승, 상반 효과를 제공할 수 있다.

인을 함유한 방염액은 주로 응축상에서 일어나는 반응에 영향을 끼친다. 특히 산소를 함유하는 플라스틱, 셀룰로오스와 셀루로오스 치환제와 같은 높은 산소함유량을 갖는 물질에서 효과적이다. 인을 함유한 화합물은 대부분 액체이며 가소성을 띤다.

그러나, 기존 방염액은 화재 발생 시 기존 분말 형태의 소화약제의 폭발 사고 위험이 존재하고 방염 기능이 거의 없으며, 열에 약하고, 다시 재발화가 되는 것을 막는 방염용 약제 조성물을 포함하고 있지 않으며, 소화기의 기존 방염액은 백화 현상, 갈반 현상, 얼룩 현상 등이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하면서 내열성이 강하고, 자동 소화기에서 장시간 보관시 침전물이 생성되지 않으며, 영하 20℃에서도 결빙되지 않아 소화기의 폭발사고를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 산불 화재에 적용될 수 있는 자동 소화기용 액체 상태의 방염액 조성물을 제공하기 위한 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 인산암모늄, 인산소다, 붕사, 붕산, 폴리옥시알킬레이티드 알킬 인산 에스터(polyoxyalkylated alkyl phosphoric acid ester) 및 물을 주성분으로 포함하는 방염액을 전기화학적 수처리함으로써 물의 용해분을 21 내지 27 wt% 상승시킨 액상형 자동 소화기용 방염액 조성물을 제공한다.

본 발명에서 사용하는 상기 수처리는 전기적인 자극에 물 분자의 극성을 바꿔 물의 용해분을 높이는 공정으로서, 전극 특성과 전해시간, 전압과 전류 변화에 따른 수처리 장치를 사용하며, 전기화학적 수처리 장치의 전극에서는 산화와 환원 반응이 일어난다. 전기화학적 수처리 기술은 상수처리나 정수기에 적용되는 기술로서 전기를 가하여 발생되는 물분자의 극성을 바꿔 이온이나 극성으로 살균 작용을 하며, 기존 분말 소화약제의 물 용해분 보다 물의 용해분을 21~27 wt% 상승시킬 수 있다.

본 발명에 따른 액체형 자동 소화기용 방염액 조성물은 기존 방염액이 표면이 하얗게 변하는 백화 현상, 색깔이 변하는 갈반 현상, 얼룩 현상이 발생하는 것을 개선할 수 있으며, 수동 소화기 겸용 자동 소화기에서, 화재 발생시 수동 소화기 작동시, 또는 자동 소화기 주변 온도가 미리 설정된 온도(80℃) 이상되면, 자동 소화기가 자동으로 밸브가 열려 소화기 용기 탱크 내에 소화액제로 사용되는 액체 상체의 방염액을 구비하며, 기존 분말 소화약제가 아닌 액체형 소화액제인 액체 상태의 방염액을 사용하고 내열성(800~1,000℃)이 강하며, 장시간 보관시 침전물이 생성되지 않고, 영하 20℃에서도 결빙되지 않기 때문에 기존 분말의 고체화로 인한 소화기의 폭발사고를 방지할 수 있으며 독성이 없고 물질의 색상 등에 변동을 주지 않는 이점이 있으며, 액체형 방염액으로서 산불 화재에 적용이 가능하다. 또한, 방염액은 화재 현장에서 위급한 사람의 의류에 방염액를 묻혀 발화로 인한 인명사고를 방지할 수 있고, 산불 화재에서 기존의 무분별한 소화제 적용으로 인한 식물파괴에 반해 친환경성 방염액의 적용으로 화재의 확산 및 산림 피해의 최소화할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 축압식 분말소화기의 구조와 가압식 분말소화기의 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명에서는 인산암모늄, 인산소다, 붕사, 붕산, 폴리옥시알킬레이티드 알킬 인산 에스터(polyoxyalkylated alkyl phosphoric acid ester) 및 물을 주성분으로 포함하는 방염액을 전기화학적 수처리함으로써 물의 용해분을 21 내지 27 wt% 상승시킨 액상형 자동 소화기용 방염액 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 액체형 자동 소화기용 방염액 조성물은 기존 방염액이 표면이 하얗게 변하는 백화 현상, 색깔이 변하는 갈반 현상, 얼룩 현상이 발생하는 것을 개선할 수 있으며, 수동 소화기 겸용 자동 소화기에서, 화재 발생시 수동 소화기 작동시, 또는 자동 소화기 주변 온도가 미리 설정된 온도(80℃) 이상되면, 자동 소화기가 자동으로 밸브가 열려 소화기 용기 탱크 내에 소화액제로 사용되는 액체 상체의 방염액을 구비하며, 기존 분말 소화약제가 아닌 액체형 소화액제인 액체 상태의 방염액을 사용하고 내열성(800~1,000℃)이 강하며, 장시간 보관시 침전물이 생성되지 않고, 영하 20℃에서도 결빙되지 않기 때문에 기존 분말의 고체화로 인한 소화기의 폭발사고를 방지할 수 있으며 독성이 없고 물질의 색상 등에 변동을 주지 않는 이점이 있다. 또한, 액체형 방염액으로서 산불 화재에 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 액체형 자동 소화기용 방염액 조성물은 인체 및 동식물에 무해하며, 금속 및 플라스틱(Plastic)에 대한 부식의 영향과 도포 대상물에 대한 변색이 전혀 없는 액체 상태의 방염액으로서 기존 분말형태의 소화기에서 나타나는 분말의 고체화로 인한 폭발의 위험을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액체형 자동 소화기용 방염액 조성물에는 물 소화 설비로 사용되는 경우 동결 방지제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 동결 방지제로는 에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세린 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 액체형 자동 소화기용 방염액 조성물은 산불 화재에 적용될 수 있도록 방염액 성분 자체가 식물의 영양소가 되는 성분으로 이루어지며, 식물에 전혀 영향을 끼치지 않는 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

방염액은 가연성의 재료에 방염성능을 부여하는 소화약제로서 재료에 물리적 또는 화학적으로 결합시켜 불꽃이 닿거나 열을 받았을 때 연소하기 어렵게 하기 위한 목적으로 사용되는 액체상태 또는 고체상태 등의 약품을 총칭하며, 방염액의 수소이온농도는 pH 5 내지 pH 9이어야 한다.

본 발명의 소화약제는 기존 분말형태의 소화약제를 대신하는 액체 상태의 방염액 즉, 유해물질이 포함되어 있지 않은 친 환경적 수용성 방염액를 사용한다.

하기 표 2에는 본 발명의 방염액 조성물의 개발 목표를 나타냈다.

방염액 개발 목표
구분 특성	목표	타사 방염액
타입	수성계/무색투명	아크릴계/무색투명
2차 반응성	무 반 응	반응-섬유경직화
변 색 도	무 변 색	변색(황색변색)
내 구 성	세탁하지 않을 시 영구적	6개월 후 성능 저하
내 열 성	800~1,000℃	600~800℃
생태 독성	무독성 (화학시험연구원)	독성 있음
적용 대상	자연/합성섬유/벽지 등 방염이 필요한 곳	합판/목재 MDF(중밀도 섬유판)
목재에 적용	방염/방부/방충효과	방염(습기에 약함)
사용 방법	침지/분무	도장/분무
혼합 사용	가능(수성도료)	불가능
희 석 제	물	지정 신나

이하 본 발명을 하기 실시예에 의하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

인산암모늄, 인산소다, 붕사, 붕산, 폴리옥시알킬레이티드 알킬 인산 에스터(polyoxyalkylated alkyl phosphoric acid ester) 및 물을 포함하는 기존의 방염액에서, 표면이 하얗게 변하는 백화현상, 색깔이 변하는 갈반현상, 얼룩현상이 발생하는 것을 개선하기 위해 기존 방염액의 2차 수 처리를 하는 제조 공법을 사용하여 전기적인 자극에 의해 물 분자의 극성에 바꿔 물의 용해분을 높인 액체 상태 방염액을 사용한다. 수처리는 전극 특성과 전해시간, 전압과 전류 변화에 따른 전기화학적 수처리 장치를 사용하며, 전기화학적 수처리 장치의 전극에서는 산화와 환원 반응이 일어난다. 전기화학적 수처리 기술은 상수처리나 정수기에 적용되는 기술로써 전기를 가하여 발생되는 물분자의 극성을 바꿔 이온이나 극성으로 살균 작용을 하며, 기존 분말 소화약제의 물 용해분 보다 물의 용해분 21~27[wt%]을 높인다.

또한, 액체 상태 방염액으로 사용되는 방염액의 주성분인 인산암모늄에 질산 칼륨을 첨가하여, 화재시 열 및 불꽃과 접촉하여 발생되는 산화력이 강한 라디칼이 소화약제로 작용하고 탄화층의 형성을 빠르게 하여 화재 초기에 연소 진행을 억제한다.

방염액은 액체 상태의 방염액을 사용하며, 장시간 보관시 침전물이 생성되지 않아야 하며, 영하 20℃에서도 결빙되지 않게 제작된다.

방염액은 독성(접촉독성)이 없고 물질의 색상 등에 변동을 주지 않는 성분으로 이루어진 친환경물질로 구성한다.

본 발명의 방염액은 기존의 분말약제가 아닌 강력한 방염 소화약제를 적용하여 화재의 확산을 제어한다.

본 실시예에서는 센서식 분출 밸브의 기능적 특성과 형상 변형재 적용을 통한 자동 소화기에서 소화액제의 방사거리를 고려하여 최적의 소화능력을 갖춘 수동 겸용 자동 소화기에 액체 상태의 방염액이 소화기 용기에 저장되어 사용된다.

본 발명에서 개발하는 방염액의 방염성능기준은 소방방재청의 방염액의 형식승인 및 검정기술기준에 준하며 방염처리된 재료의 종류에 따라 아래 항목의 규정 기준에 적합하여야 한다. 방염액은 화재 발생시 연소 발생을 억제하고 화염 발생을 억제한다.

<시험예 1> 소화성능 측정

(1) 휴지통 화재시험

안지름 28cm, 높이 30cm의 철제원통 휴지통의 중앙부에 안지름 2.8cm의 원통을 넣고 그 주위에 신문지(세로 54cm, 가로 79cm외 보통종이 1/4의 크기) 40매(중량 240g)를 1매마다 공같이 뭉쳐서 균등하게 걸쳐 쌓았다. 이어서, 0.3g의 탈지면을 KS M 1658에 적합한 메틸알코올에 담근 후, 원통안에 불을 붙인 다음 즉시 원통을 뽑아내고 3분간 연소시킨 후 소화시험을 하였다. 실시예 1의 액체형 방염액 조성물을 실장한 통상적인 휴대용 소화기를 이용하여 진화한 결과 30초 이내에 잔염없이 완전히 소화되었다. 또한 2분이 경과하여도 다시 불타지 않음을 확인하였다.

(2) 커튼의 화재시험

폭 190cm, 높이 175cm의 두터운 커튼(아크릴 100cm, 50℃의 온도에서 24시간 정치한 후의 무게가 약 1.35Kg임) 중앙부를 묶은 상태로 천장에서 50cm 아래에 커튼 상부가 오도록 설치하고 가로 50cm, 세로 50cm, 높이 5cm의 화재모형에 물 500ml 및 노르말헵탄 25ml를 넣고 불을 붙인 다음, 50초간 실시예 1의 액체형 방염액 조성물을 실장한 소화기로 소화시켰다. 그 결과 잔염없이 완전히 소화되었으며, 또한 2분이 경과하여도 다시 불타지 않음을 확인하였다.

이와 같은 휴지통 및 커튼의 화재시험 외에 석유난로, 튀김냄비에 대한 화재시험을 에어졸식 소화용구의 형식승인 및 검정기술기준에 따라 실시하여 그 기준을 만족시킴을 확인하였다.

＜시험예 2＞ 방염효과 측정

실시예 1에서 제조된 액체형 방염액 조성물을 신문지 표면에 방사한 다음, 완전히 건조시켰다. 이어서, 신문지 표면에 점화를 실시하였으나, 화염이 발생하지 않았으며, 신문지에는 약간의 그을음만 생긴 것을 확인하였다.

＜시험예 3＞ 침전여부 측정

실시예 1에서 제조된 액체형 방염액 조성물을 자동 소화기 내에 장기간 보관한 후 침전물 생성여부를 관찰하였다. 그 결과, 침전물이 전혀 생성되지 않음을 확인하였다.

＜시험예 4＞ 결빙여부 측정

실시예 1에서 제조된 액체형 방염액 조성물을 자동 소화기 내에 충전하고 영하 20℃에서도 결빙여부를 관찰하였다. 그 결과, 영하 20℃에서도 액체형 방염액 조성물이 결빙되지 않음을 확인하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

인산암모늄, 인산소다, 붕사, 붕산, 폴리옥시알킬레이티드 알킬 인산 에스터(polyoxyalkylated alkyl phosphoric acid ester) 및 물을 포함하여 구성되는 방염액 조성물에 있어서,
상기 방염액 조성물은 전기적인 자극에 의해 물 분자의 극성을 바꿔 물의 용해분을 높이는 공정인 전기화학적 수처리에 의해 물의 용해분을 21 내지 27 wt% 상승시킨 것으로, 상기 인산암모늄은 질산 칼륨을 첨가하여 얻어진 것을 사용함을 특징으로 하는 액상형 자동 소화기용 방염액 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 방염액은 물 소화 설비로 사용되는 경우 프로필렌 글리콜 및 글리세린으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 동결 방지제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 액상형 자동 소화기용 방염액 조성물.
제1항에 있어서,
상기 방염액의 수소이온농도는 pH 5 내지 pH 9인 것을 특징으로 하는 액상형 자동 소화기용 방염액 조성물.