KR20110043827A - 친환경 합성 계면활성제 포소화약제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유류(기름)화재(B급화재)의 진압에 주로 사용되는 포소화약제에 관한 것으로, 상세하게는 불소계 계면활성제와 노닐페놀계 계면활성제가 포함되지 않은 친환경 포소화약제로서, 일반화재(A급화재), 유류화재(B급화재)에 대하여, 고 발포 및 저 발포 소화가 가능한 합성 계면활성제 포소화약제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 거품을 만드는 기포제로는 생분해성이 우수한 코코아 아세테이트와 베타인계 계면활성제를 혼합사용하고, 내유성 향상과 화염에 대한 포막의 강도를 유지하기 위해서는 고흡수성 셀룰로오즈와 폴리아마이드를 혼합사용하는 합성 계면활성제 포소화약제에 관한 것이다.

포소화약제, PFOS, 생분해성 포소화약제, 불소계 계면활성제, NP계

Description

친환경 합성 계면활성제 포소화약제 {Eco-friendly fire-fighting foam chemicals}

본 발명은 일반화재(A급화재)나 유류화재(B급화재)발생시 사용되는 거품소화약제(이하“ 포소화약제”)에 관한 것으로, 일반적으로 포소화약제란 화학적으로 제조된 소화약제로서, 2가지 이상의 화학약품을 혼합하여 발생하는 거품으로 화재를 소화하는 약제로서 상기 포소화약제는 2가지로 분류되는데, 화학포 소화약제와 제조된 소화약제를 송수펌프 또는 압입용 펌프에 의해 강제로 흡입하여 포를 생성시켜 소화할 수 있도록 제조된 기계포 소화약제로 구분된다. 여기서 상기 기계포 소화약제는 그 원료의 성분에 따라 단백포 소화약제, 불화단백포 소화약제, 수성막포 소화약제, 그리고 합성계면활성제포 소화약제로 구분된다.

본 발명은 상기와 같은 여러 종류의 소화약제 중에서 기계포소화약제의 저 발포와 고 발포에 사용되는 합성 계면활성제 포소화약제에 관한 것이다.

통상, 물에 약간의 첨가제(포소화 약제)를 혼합한 후 여기에 공기를 주입하면 포(form)가 발생한다. 이와 같이 생성된 포는 유류보다 가벼운 미세한 기포의 집합체로 연소물의 표면을 덮어 공기와의 접촉을 차단하여 질식효과를 나타내며 함 께 사용된 물에 의해 냉각 효과도 나타나는데, 상기 포소화약제(첨가제)는 질식효과와 냉각효과에 의해 화재를 진압하는 것이다. 상술과 같이 본 발명은 기계포 소화약제 중 계면활성제 포소화약제에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 상기 계면활성제 포소화약제는 주로 발포를 위한 기포제, 발포된 기포의 지속성 유지를 위한 기포안정제, 빙점을 낮게 하기 위한 유동점 강하제, 기타첨가제로 구성되어 있다.

일반적으로 계면활성제 포소화약제는 유동성이 좋아 소화속도가 빠르며 화세가 세지 않아 포가 깨질 염려가 없으므로 유출류 화재에 사용하는데 적합한 특징이 있다. 또한, 저 팽창에서 고 팽창까지 팽창범위가 넓어 고체, 기체 연료의 화재에 사용하는 등 사용범위가 점점 넓어지고 있는 추세이다.

그러나 기존의 계면활성제 포소화약제는 주로 계면활성제에 불소계(Perfluorooc tanoicsulfonate)나 할로겐류 또는 NP계(Nonylphenol) 계면활성제를 사용하여 왔다. 상기 불소계의 경우 잔류성 유기화합물(PFOS)인 잠정적 발암물질로 규정되어 EU(유럽 연합)에서는 소화약제의 경우 2011년 6월 27일 이후 전면 규제되며 국제적으로 PFOS(perfluorooctanoic Acid)에 대한 규제가 확대되고 있다.

또한, 할로겐류의 경우 유해화학물질로 규정되어 사용규제가 강화되고 있고, NP계의 경우는 호르몬제 교란물질로서 환경에 살포시 오염될 위험이 있는 물질로서 규제가 점점 강화되고 있는 실정이다.

이러한 불소계, 할로겐류, NP계의 계면활성제포는 독성뿐 아니라 생분해도가 낮은 특성으로 인해 환경에 방치될 시 생태계를 교란시킬 위험이 발생할 가능성이 커 사용이 줄어들고 있는 추세이다.

본 발명의 과제는 환경에 영향을 주지 않고 생태계를 보존하기 위한 친환경 계면 합성 계면 활성제포를 개발하는 것이며, 상기 합성 계면 활성제포는 포소화약제의 종류로서 뜨거운 화염에서도 기포가 꺼지지 않도록 하기 위한 포막형성제, 기포를 발생시키는 기포제, 거품을 안정시켜주는 기포안정제, 약제의 어는점(일명“ 유동점”)을 낮추는 유동점 강하제, 기타 첨가제로 구분할 수 있다. 여기서 기포안정제는 고흡수성 셀룰로오즈를 활용한 기포안정화가 추진되고 있으나 내유성, 내화성이 취약한 단점을 가지므로 고흡수성 셀룰로오즈는 카르복시셀룰로오즈(Carboxymethyl cellurose)와 하이드록시셀룰로오즈(Hydroxy cellurose)가 주로 검토되었으며, 상기 고흡수성 셀룰로오즈의 내화단점을 보완하기 위해 고흡수성셀룰로오즈와 폴리아마이드, 이당류를 혼합 사용하는 방안을 추진하였고, 기포제는 기존의 제품에서는 라우릴설포네이트(Laurylsulfonate), 라우릴설페이트(Laurylsulfate) 등이 주로 사용되었으나 내유성이나 내화성이 취약하고 생분해성이 취약한 단점이 있어, 본 발명에서는 생분해성이 우수하고 인체나 환경에 독성이 적은 베타인(betaine)계 계면활성제를 적용하였다. 한편, 기포보조제로서 종래에는 설페이트(Sulfate)류나 설포네이트(Sulfonate)가 많이 사용되었으나 생분해가 어려운 단점을 있어, 본 발명에서는 생분해성이 우수한 야자유계 계면활성제인 코코아 아세테이트(Cocoamphodiacetate)를 채택하였다. 또한, 유동점 강하제는 일반적으로 ethylene glycol을 많이 사용하고, 해외제품의 경우 Hexylene glycol과 Diethyleneglycol monobutylether을 사용하고 있으나, 반면 본 발명에서는 생분해성을 감안하여 그리세린(Glyceline), 프로필렌 글리콜(Propylene Glycol), 캐비톨(Diethyleneglycolether)을 혼합사용하였으며, 이외에도 기타첨가제로는 내화성을 증진하고 기포 안정성 향상을 위하여 소량의 우레아를 첨가하였다.

본 발명의 과제를 해결하고자 상기 물질을 혼합함에 있어, 환경에 대한 유해성을 최소화하기 위하여 불소계 계면활성제, 할로겐류 첨가제, 폐놀류, 중금속류를 완전 배제하고, 포소화약제가 자연환경 속에 방치되었을 때 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위하여, 포소화약제의 환경 독성을 최소화하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 적용하고자한 화학약품 물질은 자연계에 무한이 존재하는 이당류(설탕, 올리고당, 물엿 등)와 다당류(셀룰로오즈)를 다량 포함하며, 생분해성이 우수한 식물성 오일의 유도체나 베타인계 천연계면활성제를 기포제로 활용하여, 할로겐류 무첨가(Fluorinated, chlorinated or brominated compound free), 페놀 및 중금속 무첨가, 생분해도 (BOD15/COD) 70% 이상, LC50(72hr) = 70000 mg/l 이상, EC50(48hr) = 5000 mg/l 이상을 실현하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 유류화재용 포소화약제를 구성함에 있어 소화약제 전량 중 고흡수성 셀루로오즈 0.1~0.5 중량%와 폴리아크릴 아마이드 0~0.3중량%와 당류 2~10중량%를 혼합 사용하는 포소화약제 구성물을 특징으로 한다.

본 발명의 유류화재용으로 사용하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제는 상기 포소화약제는 포소화약제 전량 중 자연계에 무한히 존재하는 당류(설탕, 올리고당, 물엿 등) 2 내지 10 중량%와, 고 흡수성 셀룰로오즈(다당류)0.1 내지 0.5 중량%와 폴리 아크릴 아마이드 0 내지 0.3 중량% 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 포소화약제는 생분해성이 우수한 식물성 오일의 유도체나 천연계면활성제를 기포제로 활용하여, 할로겐류 무첨가(Fluorinated, chlorinated or brominated compound free), 페놀 및 중금속 무첨가, 생분해도 (BOD15/COD) 70% 이상, LC50(72hr) = 70000 mg/l 이상, EC50(48hr) = 5000 mg/l 이상을 실현하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 포소화약제는 기포 보조제로서 코코아 아세테이트를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 친환경 합성 계면활성제 포소화약제는 발포성능 실험 결과 팽창률의 경우에는 507배로 나타나 종래 포소화약제에 비해 국내약제의 경우 3.06%, 해외 약제의 경우 7.41%가 팽창률이 낮은 것으로 분석되어 적합조건인 500배를 충족하였으며, 환원시간의 경우 25%로서, 환원이 되는 시간은 1910초로 나타나 종래보다 각각 22.44%, 76.85% 높은 것으로 분석되었다. 또한, 소화 시험결과 소화 시간은 각각 1분50초(B급 저 발포), 35초(B급 고발포), 2분 21초 (A급 고발포)로 나타나 소화 성능 적합 조건에 적합한 것으로 나타났다. 이와 같이 발포성능 및 소화 성능 실험 결과 본 발명에 의해 개발된 친환경 포소화약제는 한국소방산업기술원에서 제 시하는 검정기준을 모두 만족하는 것으로 내유성 향상과 화염에 대한 포막의 강도를 유지하여 실제 화재시 소방활동에 적용 가능한 효과가 있다.

본 발명에 대해 이하에서 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 개발된 포소화약제의 성능 분석을 위해 한국소방산업기술원(전 한국소방검정공사)에서 제시하고 있는 포소화약제의 형식승인 및 검정기술기준시험세칙(KOFEIS 0103)2)에 기준으로 하여 발포성능 및 소화성능을 측정하였다.

도 1은 고 발포 시험을 위한 표준발포장치를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 표준 발포장치는 발포성능 실험을 위해 KOFEIS 0103에서 제시하고 있는 발포성능 적합조건에 적용하였으며 조건을 표 1에 나타낸다.

상기 발포성능 실험의 경우 팽창률 측정과 25% 환원 시간 측정으로 구분된다. 여기서 25% 환원 시간이라 함은 채취한 전체 포의 25%가 원래의 포수 용액으로 되는데 걸리는 시간을 말하는 것이며, 팽창률의 측정은 아래의 식 (1)에 의해 2회 측정치를 산술 평균하여 분석하며, 환원 시간 측정은 200ℓ의 포수집 용기에 수집하여 포의 무게가 25%가 되는 시간을 측정하여 산정한다.

상기 발포성능 분석은 기존 개발된 기성약제와의 객관적 비교를 위해 국내 개발 약제 1점(일반 계면활성제)과 해외 개발 약제 1점(친환경 계면활성제)을 동일한 조건에서 발포력과 환원시간을 측정하였다.

포 팽창률 =

(1)

Q : 발포기의 1분간 당 방출량(ℓ)

S : 거품수집기간(초)

V : 금망용기의 용적(ℓ)

표 1. 발포성능 적합조건(KOFEIS 0103 기준)

도 2는 KOFEIS 0103에 따른 발포성능 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 활성제포는 시료로 사용한 다른 약제에 비해 양호한 것을 알 수 있다. 표 2는 발포 성능 분석 결과를 나타내며 발포 성능 분석 시험 결과 팽창률의 경우 개발 약제는 507배로 나타나 기존약제에 비해 국내 3.06%, 해외 1.74%가 팽창률이 낮은 것으로 분석되었으나, 적합조건인 500배에 충족되는 것으로 나타났으며 환원시간의 경우 25%로 환원이 되는 시간은 1910초로 나타나 22.44%, 76.85% 높은 것으로 분석되었다.

표 2. 발포 성능 분석 결과

다음에 본 발명의 활성 제포의 소화성능 분석을 위해 KOFEIS 0103에서 제시한 기준을 토대로 소화 성능시험을 실시하였으며 표 3은 소화 성능 시험조건 및 적합 조건을 나타내는 표이다.

표 3. 소화 성능 시험조건 및 적합조건(KOFEIS 0103 기준)

아래의 표 4는 본 발명에 따른 소화 성능 실험 결과를 나타내는 표이며 소화시간은 각각 1분 50초(B급 저 발포), 35초(B급 고발포), 2분 21초(A급 고발포)로 나타나 소화 성능 적합조건에 적합한 것으로 나타났다.

표 4. 소화 성능 시험결과

현재 국내 포소화약제는 소방방재청 권한으로 화재진압성능에 만족하면 형식승인 검정을 부여하고, 친환경 요소에 대한 규제가 전혀 없을 뿐 아니라 국내 포소화약제는 환경영향시험 전부를 시행한 바도 없다. 다음의 표 5는 본 발명의 약제품인 ECOFOAM-936 원액에 대해 화학시험연구원의 시험결과를 나타낸다. (정상적으로는 3% 용액에 대하여 실험이 추천됨)

표 5 화학시험연구원의 시험결과

본 발명은 유류 화재 진압에 사용될 수 있다.

도 1은 고 발포 시험을 위한 표준발포장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 KOFEIS 0103에 따른 발포성능 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims (8)

1. 유류 및 일반 화재 진압에 사용되는 친환경 저발포, 고발포용 포소화 약제에 있어서,

   비이온(nonionic)계 계면활성제인 글리콜에테르 20 내지 30중량%, 양쪽성 계면활성제인 알킬프로필베타인 15 내지 25중량%, 야자유계 코코아아세테이트 5 내지 15 중량%, 흡수성 셀롤로오즈 0.1 내지 1.0중량%, 올리고당 5 내지 10중량%, 우레아 2 내지 4중량%, 글리세린 5 내지 10중량%, 부식방지제 1 내지 3중량%, 물 20 내지 30중량%로 조성되어 있는 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 비이온계 계면활성제는 플로필렌글리콜, 모노에틸렌글리콜, 부틸디글리콜중 하나 이상의 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 양쪽성 계면활성제는 알킬디메틸베타인, 알킬프로필베타인 중 하나 이상의 화합물을 사용하고 알킬리는 탄소수 8 내지 14개의 화합물인 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 양쪽성 계면 활성제는 알킬암포아세테이트 화합물을 사용하고 알킬리는 탄소수 8 내지 14개의 화합물인 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 흡수성 셀룰로우즈는 하이드록시에틸셀룰로우즈, 소듐카르복실메틸셀롤로오즈, 폴리알킬아마이드중 하나 이상의 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 올고리당 대신 물엿, 설탕 중 하나를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 우레아, 글리세린은 우레아, 글리세린, 탄소수 12 내지 18개의 고급알코올중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 부식 방지제는 디카르복실솔트와 소듐실리케이트를 중량비 5:1로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 합성 계면 활성제 포소화약제.

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