KR101942981B1 - 강화액 소화약제 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강화액 소화약제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 강화액 소화약제 조성물을 제조하는 방법에 있어서,
분산 매질과 소화제 수용액을 혼합하여 강화액 소화약제 조성물을 제조하되, 상기 분산매질은 일라이트(illite), 흑운모(biotite), 푸사이트(fuchsite), 백운모(muscovite), 금운모(phlogopite), 홍운모(lepidolite), 벤토나이트(bentonite) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 광물을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 광물을 물과 혼합하여 혼합 수용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 수용액에 40 내지 60℃의 온도에서 1 내지 24시간 동안 초음파를 인가하는 초음파 처리 단계; 상기 분산된 혼합 수용액을 숙성하는 숙성 단계; 상기 숙성된 혼합 수용액에 응집제를 혼합하여 광물을 침전시키는 단계; 상기 침전 광물이 제거된 혼합 수용액을 100 내지 110℃의 온도와 20 내지 30 bar의 압력에서 가압 증류하여 광물 추출물 수용액을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강화액 소화약제 조성물의 제조방법 { MANUFACTURING METHOD FOR COMPOSITION OF FIRE-PROOFING MATERIALS }

본 발명은 강화액 소화약제 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 광물을 가압증류에 의해 추출한 추출물을 포함하는 용액으로 이루어지며 소화 효과가 우수하며 친환경적인 강화액 소화약제 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

강화액 소화약제 조성물은 산소 공급을 차단하는 질식 과정, 온도를 낮추어 발열을 차단하는 냉각 과정, 또는 화재 표면에 비누화를 통해 공기를 차단하는 비누화 과정 등에 의해 소화 작용을 하고 있다.

이러한 강화액 소화약제 조성물은 산 또는 염기 물질로 조성된 것이 대부분이므로 화재 진압 후 소화제 조성물에 의해 표면 부식이 발생하거나 유해 가스가 발생할 수 있고, 소화제 조성물의 성분이 석출되는 현상이 일어나 화재 진압 후 이를 처리하기 번거로운 등의 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하고 소화 효과의 향상을 위하여 다양한 소화 성분이나 성분의 분산성이 향상된 소화제 조성물이 개발되고 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0014197호에서는 초순수 탈이온수를 분산 매질로 사용하여 혼합 및 용해의 효율을 증대시키고 있다. 그러나 상기 선행기술에 따른 소화제 조성물은 물의 종류를 초순수 탈이온수로 하는 것일 뿐이므로 일반 물과의 차이가 크지 않아 분산 매질로 인한 효과는 제한적인 것으로 나타났다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0019955호에서는 메탈로센 및 분산 매질을 포함하는 소화제로서 메탈로센의 분산을 위하여 불연성 액체인 물을 사용하고 있다. 그러나 상기 선행기술에서 물을 분산 매질로 사용하더라도 분산성의 향상에는 한계가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0014197호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0019955호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 분산 매질로서 광물의 추출물 수용액을 사용함으로써 강화액 소화약제 조성물의 분산성을 향상시켜 소화 효과를 향상시키며, 비누화 시간이 짧아 소화 시간이 단축되는 소화제 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 강화액 소화약제 조성물을 제조하는 방법은 분산 매질과 소화제 수용액을 혼합하여 강화액 소화약제 조성물을 제조하되, 상기 분산매질은 일라이트(illite), 흑운모(biotite), 푸사이트(fuchsite), 백운모(muscovite), 금운모(phlogopite), 홍운모(lepidolite), 벤토나이트(bentonite) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 광물을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 광물을 물과 혼합하여 혼합 수용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 수용액에 40 내지 60℃의 온도에서 1 내지 24시간 동안 초음파를 인가하는 초음파 처리 단계; 상기 분산된 혼합 수용액을 숙성하는 숙성 단계; 상기 숙성된 혼합 수용액에 응집제를 혼합하여 광물을 침전시키는 단계; 상기 침전 광물이 제거된 혼합 수용액을 100 내지 110℃의 온도와 20 내지 30 bar의 압력에서 가압 증류하여 광물 추출물 수용액을 제조하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 초음파 처리 단계는 40 내지 60℃의 온도에서 1 내지 24시간 동안 초음파로 처리하며, 상기 숙성 단계는 12 내지 24시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강화액 소화약제 조성물의 제조방법은 분산 매질로서 광물의 추출물 수용액을 사용함으로써 강화액 소화약제 조성물의 분산성을 향상시켜 소화 효과를 향상시키며, 비누화 시간이 짧아 소화 시간이 단축되는 효과를 나타낸다.

또한, 산, 염기 성분이나 계면활성제의 사용 없이도 분산성을 향상시킬 수 있어 친환경적인 강화액 소화약제 조성물의 제조방법을 제공할 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 가열된 식용유(a) 및 상기 가열된 식용유에 대해 실시예 4의 강화액 소화약제 조성물을 분사한 후 5초가 경과했을 때(b), 60초가 경과했을 때(c)의 사진이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 강화액 소화약제 조성물의 제조방법에 의해 제조된 강화액 소화약제 조성물은 실리카(SiO₂)의 함량이 55 내지 65 중량%, 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 15 내지 30 중량%, 산화칼륨(K₂O)의 함량이 6 내지 10 중량%인 광물의 추출물 수용액을 분산 매질로 사용하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 강화액 소화약제 조성물은 소화 성분으로서 제1인산암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 제1인산나트륨, 제2인산나트륨, 황산암모늄, 인산암모늄, 인산나트륨 등을 사용하고 있다. 본 발명자는 이러한 종래의 강화액 소화약제 조성물로서 사용되는 소화 성분의 분산성 향상과 비누화 속도의 증가를 통해 소화 효과를 향상시키는 목적으로 상기 소화 성분이 분산되는 분산 매질을 최적화하는 연구를 수행하였다.

다양한 연구를 통해 상기 분산 매질로서 일반 물이 아닌 광물의 추출물 수용액을 분산 매질로 사용할 때 소화 효과가 크게 향상된다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명에서 분산 매질로서 사용할 수 있는 광물은 일라이트(illite), 흑운모(biotite), 푸사이트(fuchsite), 백운모(muscovite), 금운모(phlogopite), 홍운모(lepidolite), 벤토나이트(bentonite) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있는데, 가압증류에 의해 미네랄 성분이 함유되는 함량으로서 소화 효능이 우수하기 위해 실험적으로 실리카(SiO₂)의 함량이 55 내지 65 중량%, 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 15 내지 30 중량%, 산화칼륨(K₂O)의 함량이 6 내지 10 중량%인 광물을 선별하여 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

이러한 분산 매질을 제조하는 방법은 광물의 추출물을 수용액으로 하는 것을 특징으로 하는데, 구체적으로는 실리카(SiO₂)의 함량이 55 내지 65 중량%, 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 15 내지 30 중량%, 산화칼륨(K₂O)의 함량이 6 내지 10 중량%인 광물을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 광물을 물과 혼합하여 혼합 수용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 수용액에 초음파를 인가하는 초음파 처리 단계; 상기 분산된 혼합 수용액을 숙성하는 숙성 단계; 상기 숙성된 혼합 수용액에 응집제를 혼합하여 광물을 침전시키는 단계; 상기 침전 광물이 제거된 혼합 수용액을 가압 증류하여 광물 추출물 수용액 제조하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기 광물을 분쇄하는 단계에서는 분쇄기를 이용하여 325 메쉬 이상, 바람직하게는 325 내지 380 메쉬로 분쇄한다. 분쇄 크기가 너무 작으면 혼합기 내에서 부유물 형태로 부유하여 제거되지 않을 수 있고 분쇄 후 미분이 발생하여 생산 공장을 오염시킬 수 있기 때문에 너무 작게 분쇄해서는 안 된다. 또한, 분쇄 크기가 너무 크면 혼합기 내에서 침전이 일어나거나 혼합기의 혼합날개에 끼게 되는 등의 문제가 발생하게 된다.

상기 분쇄된 광물은 혼합기 내에서 물과 혼합된다. 광물을 물에 장시간 혼합하면 광물 내의 성분들이 물에 용출되기는 하나 그 양이 극미량이므로 추출을 위해서는 혼합 수용액에 초음파를 인가할 필요가 있다.

이러한 초음파 처리 단계는 혼합기에 설치된 초음파 발생기를 통해 수행되는데 혼합 수용액의 온도를 40 내지 60℃로 유지한 상태에서 1 내지 24시간 동안 초음파로 처리하는 것이 바람직하다. 수용액의 온도를 40 내지 60℃로 유지하면 광물 분쇄 분말의 초음파 처리 효율이 상승하는 것으로 나타났으며, 수온을 60℃ 이상으로 유지하면 증발이 발생하여 농도가 변하게 될 우려가 있으므로 상기 온도 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 초음파 처리 조건은 광물의 종류나 분쇄 분말의 크기 등에 따라 적절히 조절할 수 있는데, 1시간은 초과해야 초음파 처리에 의한 분산 효과가 충분히 나타나며, 24시간을 초과하더라도 분산 효과가 더 이상 향상되지 않기 때문에 24시간 이상의 처리는 불필요하다.

다음으로 초음파 처리된 혼합 수용액을 12 내지 24시간 정치하여 숙성시킨다. 숙성 단계를 거치지 않고 바로 응집제를 투여하면 최종적으로 얻어지는 분산 매질에서 광물의 성분 함량이 불충분한 것으로 나타났으며, 실험을 통해 12 내지 24시간 정치하는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 이러한 숙성 단계를 통해 비교적 입자 크기가 큰 광물이나 2차 응집체가 침전되게 된다.

상기 숙성 단계가 종료된 후 응집제를 수용액 속에 투여하여 물속에 함유된 광물의 미립자를 응집시켜 침전시킨다. 상기 응집제로는 일반적으로 황산 반토(aluminum sulfate)를 사용하는데, 황산 반토는 수중의 알칼리분과 반응하여 수산 알루미늄이 되고, 이것이 응집 작용을 하기 때문에 수 처리용 응집제로서 사용된다. 상기 응집제의 주입률은 일반적으로 사용되는 함량인 10~100ppm의 범위이고, 응집 반응에서 최적 pH 값은 6.0~7.0으로 조절한다.

상기 응집체 처리 후 침전물이 제거된 수용액은 추출기에 옮겨지고 가압 증류에 의해 광물 추출물 수용액을 제조하게 된다. 상기 가압증류는 100 내지 110℃의 온도와 20 내지 30 bar의 압력에서 수행하는 것이 바람직한데 이러한 온도와 압력은 압력 용기를 사용함으로써 달성된다.

이와 같이 제조된 본 발명의 분산 매질은 단순히 소화 성분을 분산시키는 역할을 하는 것이 아니라 분산 침투제로서의 역할을 하게 된다. 상기 분산 매질을 화염에 분무하면 통상적인 수용액 소화제에 비해 훨씬 빠른 속도로 비누화를 일으켜 화염의 표면을 덮어 소화하게 된다.

상기 소화제 조성물용 분산 매질은 다양한 소화 성분에 적용될 수 있는데, 특히 바람직하게는, 부식 방지성이 있는 성분을 함유하여 소화약제에 의한 소화 대상물의 부식을 억제할 수 있도록 탄산칼륨, 제1인산나트륨, EDTA, 헥사메타인산나트륨, 피로인산칼륨을 들 수 있다. 이 경우, 상기 강화액 소화약제 조성물은 물1ℓ 에 중탄산칼륨 50 내지 400 중량부, 제1인산나트륨 10 내지 200 중량부 EDTA 5 내지 20 중량부, 헥사메타인산나트륨 10 내지 30 중량부, 피로인산칼륨 5 내지 20 중량부 및 분산 매질 100 내지 500 중량부, 계면활성제 1 내지 10 중량부로 이루어질 수 있다.

이하 본 발명의 소화제 조성물의 효과를 실시예를 통해 설명한다.

강화액 소화약제 조성물에 적용하기 위한 분산 매질은 330 메쉬로 분쇄한 일라이트 분말 500g을 10ℓ의 물이 채워진 반응기에 투입하고 50℃의 온도에서 혼합하여 혼합 수용액을 제조하고, 상기 반응기에 초음파 발생기를 투입하여 15시간 동안 초음파를 인가하였다.

이때, 상기 일라이트는 실리카(SiO₂)의 함량이 60 중량%, 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 20 중량%, 산화칼륨(K₂O)의 함량이 8 중량%였다.

초음파 처리 후, 50℃의 온도에서 15시간을 정치하여 숙성한 후 황산 반토를 투입하여 응집 처리를 하였다. 이후 침전물이 제고된 수용액을 압력 용기에 투입하고 100 내지 110℃의 온도에서 25 내지 30 bar의 압력을 가하여 10시간 동안 추출 처리를 하여 광물 추출물 수용액을 얻었다.

상기와 같은 방법에 의해 제조된 분산 매질을 표 1에서와 같이 중탄산칼륨, 제1인산나트륨, EDTA, 헥사메타인산나트륨, 피로인산칼륨 및 물로 이루어진 소화제 수용액에 혼합하여 강화액 소화약제 조성물을 제조하였다. 표 1에서 중탄산칼륨은 A, 제1인산나트륨은 B, EDTA은 C, 헥사메타인산나트륨은 D, 피로인산칼륨 E, 분산 매질 F 및 계면활성제 G로 표시하였으며, 계면활성제는 양쪽성 계면활성제인 C2M(미원상사)를 사용하였다.

또한, 비교실험을 위하여, 실시예 4와 동일한 조성으로 강화액 소화약제 조성물을 제조하되, 비교예 1에서는 분산 매질을 사용하지 않았으며, 비교예 2에서는 일라이트 대신 탈크(Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)로 제조된 분산 매질을 사용하였고, 비교예 3에서는 몬모릴로나이트((Na,Ca)_0.33(Al,Mg)₂Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O)로 제조된 분산 매질을 사용하였으며, 비교예 4에서는 실리카(SiO₂)의 함량이 60 중량%, 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 30 중량%, 산화칼륨(K₂O)의 함량이 1 중량%인 것으로 분석된 몬모릴로나이트로 제조된 분산 매질을 사용하였다.

실시예와 비교예의 강화액 소화약제 조성물을 350℃로 가열된 식용유에 분사하여 비누화가 시작된 시간을 측정하였다.

	A(g)	B(g)	C(g)	D(g)	E(g)	F(cc)	G(g)	물(cc)	비누화시간(초)
실시예1	50	10	5	10	5	100	0	1,000	13
실시예2	100	30	5	10	5	150	0	1,000	10
실시예3	150	50	5	10	5	250	0	1,000	7
실시예4	200	50	5	10	5	250	0	1,000	5
실시예5	250	50	5	10	5	200	1	1,000	9
실시예6	280	100	5	10	5	200	1	1,000	12
실시예7	300	100	5	10	5	200	1	1,000	13
실시예8	320	100	5	10	5	200	1	1,000	14
비교예1	200	50	5	10	5	0	0	1,250	65
비교예2	200	50	5	10	5	250	0	1,000	18
비교예3	200	50	5	10	5	250	0	1,000	19
비교예4	200	50	5	10	5	250	0	1,000	15

실험결과 실시예 4에서 비누화 시간이 5초로 나타나 가장 빠른 소화 효과를 나타내는 것으로 파악되었으며, 분산 매질을 적용한 다른 실시예에서도 비교적 빠른 비누화 시간을 나타내어 소화 효과가 우수함을 알 수 있었다.

이에 대하여, 분산 매질을 적용하지 않고 통상의 물을 사용한 경우 비누화 시간이 65초로 나타나 소화 효과가 급격히 감소함을 알 수 있었다.

또한, 실리카(SiO₂)의 함량이 55 내지 65 중량%, 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 15 내지 30 중량%, 산화칼륨(K₂O)의 함량이 6 내지 10 중량%을 만족하지 않는 광물을 사용하였을 때 비누화 시간이 증가하는 것으로 나타나(비교예 2, 3) 상기 분산 매질을 구성하는 광물의 종류에 따라 소화 효과의 차이가 큰 것을 확인하였다.

특히, Si, Al, K를 함유하는 몬모릴로나이트의 경우에도 그 함량이 실리카(SiO₂)의 함량이 55 내지 65 중량%, 알루미나(Al₂O₃)의 함량이 15 내지 30 중량%, 산화칼륨(K₂O)의 함량이 6 내지 10 중량%을 만족하지 않으면 소화 효과가 떨어지는 것으로 나타났다(비교예 4).

비누화 과정은 도 1에 도시된 바와 같이 350℃로 가열된 식용유(a)에 대하여 실시예 4의 강화액 소화약제 조성물을 분사하면 5초가 경과했을 때 표면에서 비누화가 시작되어 공기를 차단하는 것을 알 수 있으며(b), 형성된 기포는 60초 경과 후에도 그대로 유지되어 공기를 차단하는 효과를 나타내고 있음을 알 수 있다(c).

이러한 실험결과로부터 본 발명의 강화액 소화약제 조성물은 분산 매질을 사용함으로써 통상의 소화제 조성물에 비해 뛰어난 소화 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 단순히 물을 사용하는 것에 비해 본 발명의 광물 추출물 수용액을 사용할 때 소화 효과가 크게 증대되는 것으로 나타나 본 발명의 광물 추출물 수용액의 효과를 확인할 수 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 강화액 소화약제 조성물을 제조하는 방법에 있어서,
   분산 매질과 소화제 수용액을 혼합하여 강화액 소화약제 조성물을 제조하되,
   상기 분산매질은 일라이트(illite), 흑운모(biotite), 푸사이트(fuchsite), 백운모(muscovite), 금운모(phlogopite), 홍운모(lepidolite), 벤토나이트(bentonite) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 광물을 분쇄하는 단계;
   상기 분쇄된 광물을 물과 혼합하여 혼합 수용액을 제조하는 단계;
   상기 혼합 수용액에 40 내지 60℃의 온도에서 1 내지 24시간 동안 초음파를 인가하는 초음파 처리 단계;
   상기 분산된 혼합 수용액을 숙성하는 숙성 단계;
   상기 숙성된 혼합 수용액에 응집제를 혼합하여 광물을 침전시키는 단계;
   상기 침전 광물이 제거된 혼합 수용액을 100 내지 110℃의 온도와 20 내지 30 bar의 압력에서 가압 증류하여 광물 추출물 수용액을 제조하는 단계 및
   상기 제조된 광물 추출물 수용액 분산매질 100 내지 500중량부에, 물 1ℓ에 대하여 중탄산칼륨 50 내지 400중량부, 제1인산나트륨 10 내지 200중량부 EDTA 5 내지 20중량부, 헥사메타인산나트륨 10 내지 30중량부, 피로인산칼륨 5 내지 20중량부 및 계면활성제 1 내지 10중량부를 혼합하여 소화약제를 제조하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 강화액 소화약제 조성물의 제조방법.
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