KR102519628B1 - 폐소화약제를 포함하는 투척식 소화기용 소화약제. - Google Patents
폐소화약제를 포함하는 투척식 소화기용 소화약제. Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폐소화약제를 재활용한 투척식 소화기용 소화약제에 관한 것으로서, 상기 투척식 소화기용 소화약제는 재생 폐소화약제 수용액, 비할로겐 유기계 소화약제 및 계면활성제, 점증제, 냉각제, 결빙제에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 첨가제로 이루어지며, 상기 재생 폐소화약제 수용액은 폐소화약제와 이소프로판올(isopropanol)을 혼합하여 실리콘 성분을 분리하는 공정 및 상기 실리콘 성분을 분리한 폐소화약제에 정제수를 혼합하여 실리카 미립자를 분리하는 공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 폐소화약제를 포함하는 투척식 소화기용 소화약제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 폐소화약제를 재처리하여 수득되는 소화약제를 포함하여 투척식 소화기에 적합한 소화성능을 나타내는 소화약제에 관한 것이다.
소화는 연소 현상을 인위적으로 중지시키는 것으로서, 냉각에 의해 연소 온도를 낮추거나, 산소의 공급을 차단하는 질식, 가연물을 화점으로부터 제거하거나 하여 연소의 연쇄 반응을 차단시키는 방법을 통해 이루어진다. 이를 위하여, 물에 소화약제를 첨가제로 혼합한 후 여기에 공기를 주입하면 기포(foam)가 발생되어 연소물의 표면을 덮게 되며, 이를 통해 질식 효과와 함께 물의 냉각 효과에 의해 화재를 진화할 수 있다. 또한, 상기 소화약제로는 고체 분말 소화약제가 사용되는데, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 제1인산암모늄 등의 물질을 미세한 분말로 만들어 유동성을 높인 후, 이를 불연성 가스 압력으로 분출시켜 사용한다.
분사에 의해 소화하는 분말 소화기 외에 투척식 소화기도 개발되고 있는데, 이는 화재 현장에 투척하면 투척시 충격이나 화재에 의해 용기가 파괴되어 화재를 진화할 수 있는 소화기이다. 상기 투척식 소화기는 종래의 분말식 소화기에 비하여 무게가 가볍고, 사용법을 익힐 필요가 없으며, 원거리에서 사용 가능한 장점이 있으나, 분사력이 없어 소화액을 널리 분사하지 못하므로 넓은 범위의 진화가 어렵거나 투척 시의 충격이 부족하여 액체의 분출에 실패하는 문제가 있고, 투척에 따라 형성된 파편에 사용자 등이 부상을 입을 수 있으며, 소화약제의 종류에 따라 B급 및 C급 화재에는 대응이 불가능하기 때문에 이를 해결할 수 있는 투척식 소화기의 개발이 요구되고 있다.
최근에는 상기 소화약제로서 폐소화기에서 회수된 소화약제를 재활용하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-1738663호에서는 회수, 건조, 선별 공정을 거쳐 분말 소화기의 소화약제를 회수 및 재생하는 기술이 공지되어 있고, 대한민국 등록특허공보 10-1998080호에서는 인산암모늄의 실리콘 코팅을 분해하여 미분말 상태로 회수함으로써 비료로 활용하는 기술이 공지되어 있다.
특히, 소화약제로 사용되는 인산암모늄은 방습가공을 해야 하기 때문에 실리콘 오일 등을 사용하여 코팅층이 형성되어 있는데, 이러한 코팅된 인산암모늄은 분말 소화기의 소화약제로는 적합하나 투적식 소화기에서는 빠른 소화가 어렵기 때문에 이를 소화약제 성분과 분리 및 제거할 필요가 있다.
상기 선행기술에서는 커피분, EM 효소, 유산균을 혼합 및 발효시켜 카페인 분해처리된 커피분을 천연 분해제로 사용하여 실리콘 성분을 분해하고 있으나, 이는 비료의 제조공정에 적합할 뿐 투척식 소화기용 소화약제를 제조하는 공정에서는 공정 효율과 분리 정제 과정이 복합하여 비효율적이다.
또한, 일본 공개특허공보 특개2013-255880호에는 소화약제의 친수화 처리를 위하여 알코올 수용액을 분무하여 소화약제 분말의 실리콘 코팅을 제거하는 기술이 공지되어 있다. 그러나 상기 선행기술은 친수화 처리를 통해 소화약제 성분의 표면을 활성화시켜 안료로 사용하는 기술로서 실리콘 성분을 소화약제와 분리하기에는 적합하지 않은 기술이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폐소화약제를 재활용하면서도 투척식 소화기에 사용하기에 적합한 소화성능을 나타내는 소화약제를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
특히, 폐소화약제의 분말을 코팅하고 있는 실리콘 성분 및 폐소화약제에 함유된 실리카 미립자를 효과적으로 분리 및 제거하여 투척식 소화기에 적용할 때 충분한 소화성능을 나타낼 수 있는 투척식 소화기용 소화약제를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위한 본 발명의 소화약제는 폐소화약제를 재활용한 투척식 소화기용 소화약제로서, 상기 투척식 소화기용 소화약제는 재생 폐소화약제 수용액, 비할로겐 유기계 소화약제 및 계면활성제, 점증제, 냉각제, 결빙제에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 첨가제로 이루어지며, 상기 재생 폐소화약제 수용액은 폐소화약제와 이소프로판올(isopropanol)을 혼합하여 실리콘 성분을 분리하는 공정 및 상기 실리콘 성분을 분리한 폐소화약제에 정제수를 혼합하여 실리카 미립자를 분리하는 공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 실리콘 성분을 분리하는 공정은 폐소화약제 및 이소프로판올의 혼합액을 습식분쇄하여 수행할 수 있다.
또한, 상기 비할로겐 유기계 소화약제은 아데노신삼인산(ATP), 사이티딘 삼인산(CTP), 티미딘 삼인산(TTP) 및 구아노신 삼인산(GTP)에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 소화약제는 폐소화기로부터 회수된 폐소화약제를 재활용하면서도 투척식 소화기에 사용하기에 적합한 소화성능을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 소화약제의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 폐소화약제 및 이소프로판올의 혼합액을 정치하여 실리콘 성분을 분리하는 과정을 나타낸 사진으로서, 폐소화약제와 이소프로판올을 정치하여 층 분리한 상태(a) 및 상등액을 분리하여 물로 희석한 상태(b)를 관찰한 사진이다.
도 2는 폐소화약제 및 이소프로판올의 혼합액을 정치하여 실리콘 성분을 분리하는 과정을 나타낸 사진으로서, 폐소화약제와 이소프로판올을 정치하여 층 분리한 상태(a) 및 상등액을 분리하여 물로 희석한 상태(b)를 관찰한 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 소화약제는 폐소화약제를 재활용한 투척식 소화기용 소화약제로서, 상기 투척식 소화기용 소화약제는 재생 폐소화약제 수용액, 비할로겐 유기계 소화약제 및 계면활성제, 점증제, 냉각제, 결빙제에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 첨가제로 이루어지며, 상기 재생 폐소화약제 수용액은 폐소화약제와 이소프로판올(isopropanol)을 혼합하여 실리콘 성분을 분리하는 공정 및 상기 실리콘 성분을 분리한 폐소화약제에 정제수를 혼합하여 실리카 미립자를 분리하는 공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 소화약제는 폐소화약제를 재활용하는데 기술적 특징이 있는 것이므로, 폐소화약제를 투척식 소화기용 소화약제로 적용하더라도 소화성능을 나타낼 수 있도록 상기 폐소화약제로부터 재생 폐소화약제를 제조할 수 있는 공정이 요구된다.
이러한 재생 폐소화약제 수용액의 제조공정은 도 1에 도시된 것과 같은 과정으로 설명할 수 있다. 즉, 폐소화기로부터 폐소화약제를 수득하고, 상기 폐소화약제 및 이소프로판올(isopropyl alcohol, IPA)을 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 상기 혼합액을 정치하여 층 분리하고 실리콘 성분이 포함된 이소프로판올을 분리하며, 상기 혼합액을 여과하고 정제수를 혼합하여 소화약제 수용액을 제조하고, 상기 소화약제 수용액을 정치하여 층 분리하고, 실리카 미립자를 분리한 후, 상기 소화약제 수용액에 비할로겐 유기계 혼합물 및 계면활성제, 점증제, 냉각제, 결빙제에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 첨가제를 혼합하여 소화약제를 제조하는 단계를 통해 소화약제를 제조할 수 있다.
일반적으로 페기된 분말 소화기로부터 수득되는 분말 소화약제는 재활용되어 소화약제로 사용되나, 회수한 후 곧바로 재생되기 어려워 장기간 보관하는 경우가 많은데, 이 경우 소화약제가 오래되어 응집된 상태이거나 수분을 흡습한 상태가 되어 기존에는 재활용하지 못하고 폐기해야 하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명의 제조공정에서 사용되는 폐소화약제는 이러한 응집되거나 수분을 흡습하여 재활용이 어려운 분말 소화약제를 주로 원료로 사용한다.
일반적으로는 계면활성제를 부가하여 친수성을 증가시켜 재사용할 수 있으나, 본 발명에서는 폐소화약재 분말의 표면을 코팅하고 있는 실리콘 성분을 용매를 사용하여 제거한 후 회수된 소화약제를 사용하고 있다. 상기 폐소화약제로는 수동식 분말 소화기(ABC 소화기)에서 회수된 폐소화약제를 사용할 수 있는데, 상기 수동식 분말 소화기의 소화약제를 구성하는 주성분은 제1인산암모늄이며, 탄산암모늄, 중탄산암모늄. 제2인산암모늄. 제3인산암모늄, 요소 등의 무기계 소화약제 분말 성분을 함유하고 있으며, 실리카 성분과 착색제, 방습 코팅제 등이 포함되어 있다.
이러한 분말 소화기의 소화약제는 대기 중의 수분에 의해 응집되어 고화될 수 있기 때문에 화재 현장에서 분사되지 않는 문제점이 발생한다. 이러한 이유로, 장기간 뭉치지 않고 미분말 상태를 유지할 수 있도록 분말의 표면에 방습 코팅제로 실리콘 오일을 코팅하며, 수분 흡수를 위하여 실리카 미립자를 첨가하고 있다. 상기 방습 코팅제는 전체 분말의 질량 대비 약 2질량% 정도 함유되는 것으로 알려져 있으며, 상기 방습 코팅제와 실리카 분말을 제거해야 소화약제로서의 성능을 얻을 수 있다. 즉, 분말 소화기의 경우 보관 후 화재 발생시 분사하기 위하여 방습 코팅제와 실리카 미립자를 첨가하고 있으나, 투척용 소화기의 경우 분사 방식이 아니므로 이러한 코팅제나 실리카가 소화 성능을 오히려 저하시키는 원인이 되므로 폐소화약제를 재활용하기 위해서는 이러한 불필요한 성분을 제거할 필요가 있다.
따라서 상기 폐소화약제의 코팅층을 제거하기 위하여 본 발명에서는 응집된 형태로 회수된 폐소화약제 분말을 이소프로판올에 투입하고 일정시간 혼합한 다음 정치시키게 되면 실리콘 오일과 이소프로판올가 혼합된 상등액과 ADP를 포함하는 분말 소화약제와 실리카가 혼합된 침전층으로 층 분리된다. 상기 상등액을 제거하고 적당량의 정제수를 혼합하면 소화약제 수용액을 수득할 수 있고, 상기 소화약제 수용액을 정치하면 실리카 성분이 부유하게 되므로 이를 통해 실리카를 제거할 수 있다.
상기 폐소화약제 분말과 혼합하는 알코올로 이소프로판올 외에 메탄올, 에탄올, 부탄올 등의 통상적인 알코올을 생각할 수 있으나, 메탄올은 독성이 강해 공정에 부적합하며, 에탄올과 부탄올은 실험적으로 폐소화약제의 코팅층을 제거하는 효율이 이소프로판올에 비해 낮은 것으로 파악되었다. 특히, 상등액을 구성하는 이소프로판올은 끓는점이 82.3℃이므로 증류에 의해 회수할 수 있어 재사용할 수 있는 장점이 있고, 증류 과정에서 실리콘 오일을 따로 회수할 수 있다. 또한, 상기 소화약제 수용액에 부유하는 실리카 미립자도 따로 회수할 수 있게 된다.
또한, 수득된 재생 폐소화약제 수용액에 투척식 소화기에 적용할 수 있도록 비할로겐 유기계 혼합물 및 다른 첨가제를 혼합하여 목적하는 투척식 소화기용 소화약제를 얻을 수 있다.
본 발명의 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 이소프로판올을 사용하여 폐소화약제 분말에서 방습 코팅제를 제거하는 공정을 수행한다. 폐소화약제 분말(응집 분말)과 이소프로판올을 각각 1:1의 중량비로 혼합한 다음 2 내지 5분간 정치시킨다. 이때, 혼합을 위하여 습식 분쇄하여 분쇄 및 혼합을 수행할 수 있다. 상기 습식 분쇄는 유성밀을 이용할 수 있으며 300 내지 500rpm에서 10 내지 30분 동안 분쇄하면 응집 분말이 50 내지 100㎛ 정도의 입자로 분쇄되게 된다.
상기 상등액을 제거한 후 수득된 침전층 내의 침전물을 XRF로 분석한 결과 표 1과 같은 성분 및 함량을 나타내는 것으로 확인되었다.
| 성분 | 조성 [wt%] | ||
| 폐소화약제(R) | IPA추출후 침전물(S1) | 용매를 제거한 침전물(S2) | |
| P2O5 | 74.27 | 76.50 | 77.41 |
| SiO2 | 21.11 | 18.37 | 17.62 |
| Al2O3 | 1.32 | 1.42 | 1.34 |
| SO3 | 0.81 | 1.03 | 0.90 |
| CaO | 0.68 | 0.75 | 0.80 |
| K2O | 0.66 | 0.66 | 0.66 |
| MgO | 0.43 | 0.52 | 0.53 |
| Fe2O3 | 0.34 | 0.32 | 0.31 |
| Na2O | 0.21 | 0.24 | 0.24 |
| other(≤0.1) | 0.17 | 0.18 | 0.20 |
표 1에 따른 분석 결과로부터 폐소화약제와 대비하여 침전물(S1), 침전물(S2)에서 P2O5의 상대적 함량이 2.23 내지 3.14 중량% 증가하면서 SiO2 함량은 2.74 내지 3.49 중량% 감소하는 결과를 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 IPA 첨가시 실리콘 오일 용해로부터 얻어진 결과인 것으로 확인되었다.
또한, 침전물 중에 남은 SiO2 17.62 중량%는 폐소화약제(R)의 제조과정에서 첨가된 성분이며, 상기 실리카 성분은 전술한 바와 같이 수용액을 정치하면 부유하게 되므로 여과를 통해 분리될 수 있다. 상기 수용액을 정치하는 시간도 2 내지 5분이면 충분하다.
상기 실리콘 성분을 분리하는 과정은 도 2를 통해서 알 수 있는데, 폐소화약제 분말과 이소프로판올을 혼합한 후 정치하면 도 2(a)에서와 같이 상등액과 침전층으로 나뉘게 된다. 상기 상등액을 분리한 후 물로 희석하면 도 2(b)에서와 같이 IPA 수용액에 실리콘 성분이 분산된 상태를 확인할 수 있다.
상기 폐소화약제는 주로 무기계 성분으로 이루어져 있으며, 투척식 소화기의 소화약제로서의 성능을 향상시키기 위하여 비할로겐 유기계 소화약제를 추가하는 것이 바람직하다. 상기 비할로겐 유기계 소화약제로는 아데노신삼인산(ATP), 사이티딘 삼인산(CTP), 티미딘 삼인산(TTP) 및 구아노신 삼인산(GTP)에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다. 상기 유기계 소화약제는 난연 또는 소화 소재에 필수적으로 함유되는 인, 질소, 및 탄소를 포함하는 화합물로서 다른 첨가제 없이도 우수한 난연, 소화 특성을 나타낼 수 있으며 독성이 없어 친환경 소화약제로서도 사용되는 성분이다.
또한, 상기 비할로겐 유기계 소화약제 외에도 계면활성제, 점증제, 냉각제, 결빙제에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 첨가제를 혼합할 수 있다.
상기 계면활성제는 물의 표면장력을 감소시켜 쉽게 거품을 형성하여 거품 안의 물이 밑으로 빠지는 속도가 줄게 되어서 고체 가연물의 화재 시 침투제(wetting agent) 역할을 할 수 있고, 거품을 발포함으로써 소화약제의 표면적을 늘리고 단시간 내에 소화약제의 온도를 높여서 다량의 불연성 가스를 발생하여 초기 화재 진화에 효과를 나타내기 위하여 첨가될 수 있다. 이러한 계면활성제로는 통상적으로 사용되는 양이온, 음이온 또는 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다.
또한, 상기 점증제는 소화약제가 소화 물질의 표면에 오랜 시간 동안 점착되며, 목재, 종이, 섬유 등의 빠르게 침투되어 물성을 안정화시키고 효과적으로 소화할 수 있도록 첨가될 수 있다.
또한, 상기 냉각제는 연소에 의해 가열된 소화가스를 냉각시키기 위하여 첨가될 수 있으며, 각종 금속 또는 금속산화물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 결빙제는 사용 환경에 따라 결빙되는 환경에서도 사용할 수 있도록 첨가할 수 있는 성분으로 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜을 사용할 수 있다. 다만, 투척식 소화기의 특성상 실내에 보관하는 경우가 많으므로 이 경우 결빙제를 첨가하지 않아도 된다.
이와 같이 폐소화약제를 재생하여 수득된 상기 재생 폐소화약제 수용액에 비할로겐 유기계 혼합물 및 각종 첨가제를 혼합함으로써 본 발명에서 목적하는 투척식 소화기용 소화약제를 제조할 수 있게 된다. 상기 투척식 소화기용 소화약제를 구성하는 성분 중 재생 폐소화약제 수용액은 80 내지 90 중량%의 범위에서 함유될 수 있으며, 비할로겐 유기계 혼합물은 5 내지 15 중량%의 범위에서 함유될 수 있으며, 기타 첨가제는 1 내지 5 중량%의 범위에서 함유될 수 있다. 즉, 상기 소화약제는 재생 폐소화약제 수용액를 주성분으로 하고 있어 폐소화약제의 재활용 측면에서 유리한 효과를 나타내게 된다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 소화약제의 성능을 평가하기 위하여 소화약제의 표면장력, 응고점, 침전량, 부식성 등의 물성을 측정하였다. 상기 측정은 소방검정공사의 소화약제 형식승인 및 검정기술기준, 시험세칙에 준한 것이다. 소화약제는 재생 폐소화약제 수용액 88 중량%, 아데노신삼인산 8 중량%, 계면활성제 2.5 중량%, 점증제 1.5 중량%로 이루어진 소화약제를 사용하였다.
소화약제의 표면장력은 표면장력계를 사용하였으며 20±0.5℃의 온도 조건에서 측정하였다. 표면장력의 합격기준은 33dyne/㎝ 이하이며, 본 발명의 소화약제에 대해 3회 측정 후 평균값을 구한 결과 표면장력이 19.4dyne/㎝인 것으로 나타났다.
또한, 소화약제의 응고점은 18㎜의 시험관에 채취한 시료 10㎖를 주입한 후, 온도계를 넣고 한제욕조에서 냉각하되 과냉되지 않도록 하면서 온도계로 휘저어 결정이 석출하기 시작하면 한제욕조에서 들어낸 후, 계속 휘저어 결정이 없어지고 용액이 투명하게 되었을 때 온도를 읽어 측정하였으며, 3회 반복하여 평균값을 구하였다. 그 결과 투척식 소화기에서 요구되는 응고점 -20℃ 이하의 조건을 충족하는 것으로 나타났다.
또한, 소화약제의 침전량을 측정하기 위하여 윤활유 침전가 시험 방법에 의하여 침전용 나프타를 첨가하지 않고 소화제의 액온을 20±0.5℃로 측정하였다. 침전량은 용적 0.1% 이하이어야 기준을 충족하는데, 본 발명의 소화약제의 경우 침전략이 0.1 용적% 이하의 조건을 충족하였다. 이는 폐소화약제의 코팅층을 제거하는 과정 없이 바로 사용하였을 때 침전량이 기준값을 넘어서는 것에 비해 향상된 효과로 확인되었다.
또한, 소화약제의 부식성 평가를 위하여 소화제에 강철(KSD3512 SCP1), 황동(KSD5201 C2801, KSD5101 C3771) 및 알루미늄(KSD6701 A5052P) 스테인리스(KSD3698 STS304)를 38±2℃에 21일 동안 놓아두어 중량손실을 측정하여 평가하였다. 중량손실은 각각 1일에 3㎎/20㎠ 이하이어야 기준을 충족하는 것인데, 본 발명의 소화약제는 모두 부식성 기준을 충족시키는 것으로 나타났다.
이와 같이 본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 소화약제는 투척식 소화기에 적용하기에 적합한 물성을 나타내는 것을 확인하였다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시형태에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
Claims (3)
- 폐소화약제를 재활용한 투척식 소화기용 소화약제에 관한 것으로서,
상기 투척식 소화기용 소화약제는 재생 폐소화약제 수용액, 비할로겐 유기계 소화약제, 및 계면활성제, 점증제, 냉각제, 결빙제에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 첨가제로 이루어지며,
상기 재생 폐소화약제 수용액은 폐소화약제와 이소프로판올(isopropanol)을 혼합하여 실리콘 성분을 분리하는 공정 및 상기 실리콘 성분을 분리한 폐소화약제에 정제수를 혼합하여 실리카 미립자를 분리하는 공정을 포함하여 제조되며,
상기 비할로겐 유기계 소화약제은 아데노신삼인산(ATP), 사이티딘 삼인산(CTP), 티미딘 삼인산(TTP) 및 구아노신 삼인산(GTP)에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 투척식 소화기용 소화약제.
- 청구항 1에 있어서,
상기 실리콘 성분을 분리하는 공정은 폐소화약제 및 이소프로판올의 혼합액을 습식분쇄하여 수행하는 것을 특징으로 하는 투척식 소화기용 소화약제.
- 삭제
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