KR20140054095A - 소화제 및 그것을 사용하는 소화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 높은 소화 성능과 환경 및 인체에 대한 높은 안전성을 겸비하는 소화제를 제공하는 것이다. 본 발명의 소화제는, 바이오서팩턴트를 함유한다는 점에 특징을 갖는다.

Description

소화제 및 그것을 사용하는 소화 방법{FIRE EXTINGUISHING AGENT AND FIRE EXTINGUISHING METHOD USING SAME}

본 발명은, 바이오서팩턴트(Biosurfactant)를 함유하는 소화제 및 그것을 사용하는 소화 방법에 관한 것이다.

화재는, 국내에서만도 매년 몇만 건이나 발생하고 있는 지구 환경이나 인간 사회에 있어서 중대한 문제이다. 화재가 발생한 경우에는, 피해를 최소로 억제하는 효율적인 소화가 중요하지만, 종래의 소화제로서는 물이나 수계 소화제가 사용되어 왔다. 일반적인 수계 소화제로서는, 강화액 소화제(탄산칼륨 수용액)가 있지만, 합성 계면활성제를 첨가함으로써 물의 표면 장력을 저하시켜, 목재ㆍ섬유ㆍ수지 등의 가연물에 대한 습윤성 및 침투성을 높이거나, 발포시켜 부착성을 높이는 등을 행하여, 소화 효과, 재연(再燃) 방지 효과, 연소 억제 효과를 향상시켜, 물 단독과 비교하여 단시간에, 게다가 적은 물의 양으로 소화할 수 있는 것이 알려져 있다.

그러나, 이들 소화 성능과는 별도로 소화제의 환경이나 인체에 대한 안전성이 문제시되고 있다.

예를 들면, 강화액 소화제는 특히 튀김유 화재에 유효하지만, pH가 12 내지 13으로 강염기성을 나타내기 때문에, 소화제가 부착된 가구, 식기, 기구 등은 꼼꼼한 세정, 또는 폐기를 강요당하며, 화재의 손상을 면한 금속제의 구조 몸체나 창호 등은 부식으로 이어질 우려가 있다. 또한, 합성 계면활성제를 사용한 소화제가 살포되면 수생 생물에 대하여 높은 독성을 나타내는 등, 종래의 소화제를 살포함으로써 진화 후의 2차 피해가 발생하고 있었다.

이러한 배경으로부터, 최근에는 환경이나 인체 등에 대한 부하 감소에 착안하여, 천연 계면활성제인 레시틴이나 사포닌, 카세인을 사용한 소화제가 검토되고 있다(특허문헌 1).

일본 특허 공개 제2009-291257호 공보

상기 특허문헌 1로 대표되는 천연 계면활성제를 사용한 소화제는 인체나 환경에 대해서는 안전한 반면, 소화 성능에 문제가 있기 때문에, 그의 용도는 한정된 것이었다.

본 발명자들은 상기 과제에 기초하여 예의 검토를 행한 결과, 천연 계면활성제 중에서도 특히 바이오서팩턴트가 환경이나 인체에 대한 안전성을 유지하면서, 소화 성능을 현저하게 향상시키는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 바이오서팩턴트를 함유하는 것을 특징으로 하는 소화제에 관한 것이다. 나아가, 이 소화제를 사용하는 것을 특징으로 하는 소화 방법에 관한 것이다. 나아가, 이 소화제를 함유하는 것을 특징으로 하는 소화기 또는 소화 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 관한 소화제는, 천연 계면활성제를 첨가한 소화제에 비해 소화 효율이 개선된다. 보다 바람직하게는 합성 계면활성제를 사용한 종래의 소화제에 비해서도 소화 성능이 각별히 향상되기 때문에, 소화제의 농도나 사용량을 대폭 감소시킬 수 있다. 즉, 안정성이 높은 바이오서팩턴트를 소량 사용하는 것만으로도 우수한 여러 특성을 나타내고, 인체나 환경에 대한 부하를 감소시킬 수 있기 때문에, 건물 화재뿐만 아니라 대규모의 삼림 화재의 소화에 있어서도 큰 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 8에 관한 소화 성능시험에 사용한 장치를 나타내는 일부 절결 개략 사시도이다.

본 발명에 대하여, 이하에 상세하게 설명한다.

본 발명에 관한 소화제는 바이오서팩턴트를 함유하는 것을 특징으로 한다.

바이오서팩턴트란, 미생물에 의해 생산되는 천연 화합물이며, 생분해성이 높고, 인체에 대한 피부 자극성이 낮기 때문에 환경이나 인체에 대한 안전성이 매우 높다. 화합물의 예로서는, 당지질의 만노실에리트리톨리피드나 소포로리피드, 트레할로스리피드, 람노리피드 이외에, 지방산의 스피큘리스포릭산, 중합체의 에멀젼, 리포펩티드 화합물의 아르트로팩틴, 서팩틴(surfactin) 등 또는 이들의 염을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

상기한 것 중에서도 당지질로서는 소포로리피드 또는 그의 염이 바람직하고, 지방산으로서는 스피큘리스포릭산이 바람직하고, 리포펩티드 화합물로서는 서팩틴이 바람직하다. 특히 바람직한 바이오서팩턴트는 리포펩티드 화합물 또는 그의 염이며, 구체적으로는 바실루스ㆍ서브틸리스(Bacillus subtilis) 등의 바실루스속 세균에 의해 생산되는 것을 들 수 있고, 바람직한 예로서 서팩틴 또는 그의 염을 들 수 있다.

여기서, 서팩틴 또는 그의 염은 하기 화학식 1로 표시된다.

(이하, 화합물 (1)이라 함)

화학식 (1) 중, *는 광학 활성점을 나타낸다.

X는 L-류신, L-이소류신 및 L-발린으로부터 선택되는 어느 1종의 아미노산을 나타낸다.

R은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 알킬기 또는 분지 알킬기를 나타낸다.

여기서, 탄소수 1 내지 20의 알킬기로서는, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 이코사닐기 등을 들 수 있다.

또한, 탄소수 1 내지 20의 분지 알킬기로서는, 예를 들면 이소프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 이소헥실기, 7-메틸옥틸기, 8-메틸노닐기, 9-메틸데실기, 10-메틸운데실기, 11-메틸도데실기, 12-메틸트리데실기, 13-메틸테트라데실기, 14-메틸펜타데실기, 15-메틸헥사데실기, 16-메틸헵타데실기, 17-메틸옥타데실기, 18-메틸노나데실기, 6-메틸옥틸기, 7-메틸노닐기, 8-메틸데실기, 9-메틸운데실기, 10-메틸도데실기 등을 들 수 있다.

이들은, 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되어 있을 수도 있다. 치환기로서는, 아미노기, 히드록실기, 페닐기, 아릴기, 알카노일기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕실기, 니트로기, 할로겐 원자 등을 들 수 있다.

M은 수소일 수도 있고, 서팩틴과 염을 형성하는 것일 수도 있다. 바람직한 M은 서팩틴과 염을 형성하는 것이며, 이러한 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 특히 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 암모늄이다.

여기서, 알칼리 금속으로서는 특별히 한정되지 않지만, 리튬, 나트륨, 칼륨 등으로 표시된다. 이 중에서도 나트륨이 적합하다.

알칼리 토류 금속으로서는 특별히 한정되지 않지만, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 등으로 표시된다.

암모늄은 서팩틴과 염을 형성하는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 치환되어 있을 수도 있다. 이러한 암모늄으로서는, 비치환 암모늄 이외에 1 치환 암모늄, 2 치환 암모늄, 3 치환 암모늄 및 4 치환 암모늄을 들 수 있다.

암모늄의 치환기로서는, 예를 들면 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기, 벤질기, 메틸벤질기, 페닐에틸기 등의 아르알킬기, 페닐기, 톨루일기, 크실릴기 등의 아릴기 등의 유기기를 들 수 있다.

암모늄으로서는, 보다 구체적으로는 메틸암모늄, 에틸암모늄, 벤질암모늄, 아닐리늄, 디에틸암모늄, 디시클로헥실암모늄, 피롤리디늄, 모르폴리늄, N-벤질-N-에틸암모늄, N-에틸아닐리늄, 트리에틸암모늄, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 피리디늄 등을 들 수 있다. 이들의 유기기는, 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되어 있을 수도 있다.

상기 바이오서팩턴트는 1종 또는 2종 이상 사용할 수도 있다. 바람직하게는 서팩틴 또는 그의 염을 단독으로, 또는 다른 바이오서팩턴트(당지질계 바이오서팩턴트, 지방산계 바이오서팩턴트, 중합체계 바이오서팩턴트, 서팩틴 이외의 리포펩티드 화합물계 바이오서팩턴트 등)와 조합한다. 서팩틴 또는 그의 염을 포함하는 소화제는, 거품 안정성이 특히 우수하다. 바이오서팩턴트를 2종 이상으로 하는 예로서는, 예를 들면 서팩틴, 또는 그의 염과 만노실에리트리톨리피드나 소포로리피드 등의 당지질, 서팩틴, 또는 그의 염과 스피큘리스포릭산 등의 지방산, 서팩틴, 또는 그의 염과 에멀젼 등의 중합체, 서팩틴, 또는 그의 염과 아르트로팩틴 등의 리포펩티드 화합물 등의 조합을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

상기 바이오서팩턴트는 미생물의 발효 유래로 한정되지 않으며, 화학 합성법에 의해 얻어지는 것이어도 마찬가지로 사용할 수 있다.

또한, 바이오서팩턴트를 함유하는 소화제의 형태는, 예를 들면 분말상, 용액상, 거품상, 페이스트상 등, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직한 사용 형태는 수용액 또는 그러한 용액을 포말화한 것이다.

본 발명에 있어서의 소화제 중의 바이오서팩턴트 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 수용액의 경우에는 사용시의 소화제 중의 중량비로 하한값은 0.00001중량％ 이상, 바람직하게는 0.0001중량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.001중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.01중량％ 이상, 특히 바람직하게는 0.1중량% 이상이다. 상한값으로서는, 예를 들면 50중량％ 이하, 바람직하게는 10중량％ 이하, 더욱 바람직하게는 1중량％ 이하이다.

또한, 소화제의 용액은, 상술한 바와 같이 각 성분이 적절하게 농도 조정된 용액을 미리 제작하여 화재 현장에 운반하여 사용할 수도 있고, 고농도 용액을 화재 현장까지 운반하여 희석할 수도 있으며, 특별히 이들로 한정되는 것은 아니다.

소화제에는, 바이오서팩턴트 이외에 통상 소화제에 사용되고 있는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 여기서, 소화제란, 예를 들면 물을 주성분으로 하는 수계 소화제, 탄산칼륨 등의 알칼리염을 주성분으로 하는 강화액 소화제, 인산염이나 칼륨염 등을 함유하는 중성 강화액 소화제, 단백포 소화제 등으로 대표되는 거품 소화제 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

소화제에 사용되는 기타 성분으로서는, 예를 들면 글리세린 등의 다가 알코올, 팔미트산, 미리스트산 등의 고급 지방산 및 그의 유도체, 라우릴알코올, 세틸알코올 등의 고급 알코올 및 그의 유도체, 시트르산, 타르타르산, 락트산 등의 유기산 및 그의 유도체, 폴리옥시에틸렌알킬에테르나 다가 알코올 지방산 에스테르 등의 비이온성 계면활성제, 알킬황산에스테르염이나 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산염, 도데실벤젠술폰산염 등의 음이온성 계면활성제, 알킬트리메틸암모늄염 등의 양이온성 계면활성제, 알킬디메틸베타인 등의 양성의 베타인형 계면활성제, 메틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 알긴산나트륨 등의 수용성 고분자, 숙신산, 글루콘산, 탄산염, 탄산수소산염 등의 pH 조정제, L-글루탐산디아세트산염, 시트르산염, 타르타르산염, 옥살산염, 말산염, 글루콘산염, 피트산염 등의 킬레이트제, 펙틴, 크산탄 검 등의 증점제, 에틸렌글리콜이나 부동 단백질 등의 부동 성분, 가성염, 암모니아 등의 염기, 염산, 황산, 질산 등의 무기산, 메탄올이나 에탄올 등의 저급 알코올, 물 등을 들 수 있지만 이들로 한정되는 것은 아니다.

또한, 바이오서팩턴트는 소화제의 성분 중, 소화의 주성분으로서 사용할 뿐만 아니라 소화를 위한 보조제로서도 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상술한 바이오서팩턴트를 포함하는 소화제는 종래의 소화제나 물에 비해 소화 성능이 향상된다.

소화 성능으로서는, 예를 들면 진화될 때까지 필요한 시간이나 소화액의 사용량을 기초로 각각 소화 속도나 소화 효율(소화액 삭감의 정도)로서 평가할 수 있다.

특히 소화 속도의 향상은, 구조 활동에 관계된 이재민이나 소방대원 등의 안전, 나아가 연소 등 피해의 확대 방지에 밀접하게 관계되기 때문에 가장 중요하다. 또한, 소화 효율의 향상에 의해, 예를 들면 보다 소형의 기재로 대응 가능해지고, 화재 현장으로의 필요 기재의 운반 효율의 향상으로 이어진다. 나아가, 화재 현장에서의 인원의 삭감이나, 각종 장비를 장착한 소방대원의 작업의 부하 경감으로 이어지기 때문에, 소방 활동 자체의 효율이 비약적으로 향상된다. 이와 같이, 소화 속도나 소화 효율의 향상은 인명 구조나 피해의 최소화에 크게 공헌할 수 있다.

본 발명에 있어서의 바이오서팩턴트를 함유하는 소화제의 사용 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 소화제를 소화기에 충전하여 살포하는 방법, 저장 용기, 또는 탱크 등으로부터 소화제를 펌프 압송에 의해 방사하는 방법, 소화제를 분무기를 사용하여 살포하는 방법, 헬리콥터나 항공기 등으로 상공으로부터 소화제를 살포하는 방법, 열용융성, 또는 열파손성의 수지 용기에 소화제를 충전한 소화탄을 용기째로 직접 화재 현장에 투입하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 소화제를 소화기나 펌프 압송 등으로 방사할 때, 선단의 노즐에 거품 발생용 노즐 등을 설치하고, 소화제를 거품상으로 하여 사용할 수도 있다. 이 경우, 방사되는 소화제는 거품상이 되기 때문에, 보다 효과적으로 소화할 수 있다. 본 발명의 바이오서팩턴트는 거품 안정성이 우수하기 때문에 특히 효과적이다. 거품상으로 하는 방법은, 예를 들면 방수시에 공기를 도입하는 거품 발생용의 노즐을 사용하는 방법, 또는 미리 혼합기 내에서 소화제를 거품상으로 하는 방법 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에는, 상술한 소화제의 사용 방법을 달성할 수 있는 각종 소화 시스템도 포함된다. 소화 시스템으로서는, 예를 들면 소화제를 충전한 소화기와, 이 소화기에 접속하는 방사 또는 살포 수단으로 구성되는 소화 시스템(소화 시스템 1), 소화제를 저장한 용기와, 이 용기에 접속하는 방사 또는 살포 수단과, 상기 용기로부터 방사 또는 살포 수단을 향해 소화제를 압송하기 위한 가압 수단으로 구성되는 소화 시스템(소화 시스템 2), 이들 소화 시스템 1 또는 2 등이 설치된 항공기 또는 헬리콥터 등을 들 수 있다. 또한, 상기 방사 또는 살포 수단에는, 예를 들면 분사 노즐, 거품 발생용 노즐 등이 포함된다.

바이오서팩턴트를 함유하는 소화제는 A 화재(보통 화재)나 튀김유 화재뿐만 아니라, 발포에 의해 피소화물의 표면을 덮기 때문에 B 화재(기름 화재)의 가연성 가스의 증발 확산을 억제하는 효과가 있다. 따라서, 본 발명은 A 화재(보통 화재), B 화재(기름 화재), 튀김유 화재 등, 어느 것에 있어서도 효과적이다. 또한, C 화재(전기 화재)는, 살포 방법이 다른 화재와 상이하지만 마찬가지의 소화 성분을 사용하기 때문에 본 발명은 C 화재에도 적용할 수 있다.

또한, 본원은, 2011년 7월 22일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-160524호에 기초한 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 2011년 7월 22일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-160524호의 명세서의 전체 내용이 본원에 참고를 위해 원용된다.

실시예

이하에 본 발명의 구체적인 실시예를 나타낸다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1 내지 10)

소화 성능 시험

표 1에 기재된 농도가 되도록 서팩틴나트륨(SF), 소포로리피드나트륨(SL) 등을 단독으로 또는 혼합하여 포함하는 바이오서팩턴트 수용액(소화제)을 200g 제조하였다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 목편 (5)(2mm×2mm×50mm) 16개와 메탄올을 주성분으로 하는 고형 연료 (3) 6g을 사용하여 도 1에 기재된 연소 시험 장치 (6)을 제작하였다. 상기 목편 (5)는, 각 단 2개씩 합계 8단이 되도록 적층하며, 각 단의 2개의 목편은 서로 평행시키고, 상하단의 목편과는 직교하도록 배치하였다. 이것을 노(정렬되고 정확한 형태로 쌓아올린 각재목; orderly and squarely piled up scantling woods) (1)이라 한다. 또한, 상기 장치는 금속제의 대 (2)를 구비하고 있으며, 이 대 (2)의 상면에는 약 10cm 사방의 눈의 그물(메쉬) (4)가 걸려 있다. 상기 노 (1)은 이 그물 (4)의 중앙에 적재되어 있다. 또한, 이 노 (1)의 약 3cm 하방에 상기 고형 연료 (3)이 놓여 있으며, 이 고형 연료 (3)을 착화함으로써 노 (1)을 연소하였다. 착화 1분 후에 고형 연료 (3)을 제거한 후, 상기 소화제를 노로부터 약 30cm 이격된 개소로부터 분무하였다. 소화 종료는 연기가 사라질 때까지 하고, 그 후 2분간은 재연(발연)하지 않는 것을 확인하였다. 소화 종료까지의 시간을 소화 시간으로서 평가하고, 소화 종료까지 분무한 소화제의 양을 소화제 사용량으로서 평가하였다.

침투성 측정 시험

38cm×33cm의 종이제 타월(닛본 세이시 크레시아 가부시끼가이샤 제조 킴타월(등록 상표))을 잘라내어 2cm×2cm의 크기로 조정하여 중앙을 스테이플러로 고정시켰다. 이것을 시험편으로 한다. 표 1에 기재된 농도가 되는 바이오서팩턴트 수용액 100mL를 동 용량의 비커에 넣고, 상기 시험편을 천천히 수면에 올려놓고, 올려놓기 시작한 후 시험편이 비커의 바닥에 가라앉을 때까지의 시간을 계측하여, 침투성의 평가에 사용하였다.

거품 안정성 시험

표 1에 기재된 농도가 되는 바이오서팩턴트 수용액 20mL를 100mL의 메스실린더에 넣었다. 파라핀제 필름상 밀봉재(가부시끼가이샤 닛케이 세이사꾸쇼 판매의 「파라 필름」(등록 상표))로 덮개를 덮은 후, 30초간 격렬하게 교반하여, 교반 직후와 5분 후의 거품 부피를 측정하였다. 표 안에 교반 직후에 대한 5분 후의 거품 부피 비율을 나타내었다.

(비교예 1 내지 8)

상기 실시예와 마찬가지로 바이오서팩턴트 대신에 천연 계면활성제로서 카세인나트륨, 대두 레시틴, 대두 사포닌을 사용하고, 합성 계면활성제로서 라우릴황산나트륨을 사용하여 마찬가지의 시험을 실시하였다. 또한, 대조구로서 물로 마찬가지의 시험을 실시하였다.

또한, 소화 속도는 각 실험예에서 측정된 소화 시간을, 소화제로서 증류수를 사용했을 때에 측정되는 소화 시간으로 나눈 값으로 평가하였다. 또한, 소화 효율은 각 실험예에서 측정된 소화제 사용량을, 소화제로서 증류수를 사용했을 때에 측정된 소화제 사용량으로 나눈 값으로 평가하였다.

표로부터 알 수 있는 바와 같이, 소화제로서 바이오서팩턴트 수용액을 사용함으로써 침투성이 향상되고, 바람직하게는 소화 속도나 소화 효율이 향상되는 것을 알 수 있었다. 특히 서팩틴나트륨 수용액을 사용함으로써 침투성뿐만 아니라 거품 안정성도 향상되기 때문에, 소화 속도나 소화 효율이 현저하게 향상되는 것을 알 수 있었다. 바이오서팩턴트 수용액을 사용했을 때의 효과는, 소화 속도, 소화 효율 모두 천연 계면활성제에 대하여 바람직하게는 약 2배, 물에 대하여 바람직하게는 약 3배였다. 또한, 일반적으로 고성능의 합성 계면활성제와 동등 이상인 경우도 있었다. 이와 같이, 바이오서팩턴트를 포함하는 소화제가 여러 높은 특성과 환경이나 인체에 대한 높은 안전성을 겸비하는 것을 알 수 있었다.

Claims (6)

1. 바이오서팩턴트(Biosurfactant)를 함유하는 것을 특징으로 하는 소화제.
2. 제1항에 있어서, 바이오서팩턴트가 리포펩티드 화합물 또는 그의 염인 소화제.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 리포펩티드 화합물이 하기 화학식 1로 표시되는 서팩틴(surfactin) 또는 그의 염인 소화제.
   <화학식 1>
   

   

   
   (식 중, *은 광학 활성점을 나타내고, X는 류신, 이소류신, 발린으로부터 선택되는 어느 1종의 아미노산을 나타내고, R은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지 알킬기를 나타내고, M은 수소, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 치환되어 있을 수도 있는 암모늄을 나타냄)
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 소화제를 사용하는 것을 특징으로 하는 소화 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 소화제를 함유하는 것을 특징으로 하는 소화기.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 소화제를 사용하는 것을 특징으로 하는 소화 시스템.

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