KR20140072045A - 유기산계 화합물을 포함한 소화 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기산계 화합물을 포함한 소화 조성물을 제공한다. 소화 조성물이 유기산계 화합물을 포함하고 유기산계 화합물의 함유량은 50(중량)% 이상이고, 70(중량)%~90(중량)%인 것이 바람직하고, 본 발명의 유기산계 화합물은 고온에서 흡열분해되어 소화 물질을 방출하고 그 소화 물질은 유리기를 통하여 화학회로 연소 반응에 필요한 O·, 0H·, H·유리기 중의 한가지 혹은 여러 가지와 반응하여 화학회로 연소 반응을 절단시키거나 물리 작용을 통하여 산소 분압을 절감시켜 불꽃을 억제하거나 혹은 물리 및 화학 억제 작용을 동시에 실행하여 소화 효과를 실현한다. 이와 동시에 유기산계 화합물이 불꽃약제와 협력하여 효율을 향상시키는 역할을 하여 소화제의 소화 효율을 더 한층 향상시키고 유효한 소화 시간을 대폭 줄일 수 있다.

Description

유기산계 화합물을 포함한 소화 조성물{FIRE-EXTINGUISHING COMPOSITION COMPRISING ORGANIC ACID COMPOUND}
본 출원은 2011년 8월 16일에 출원된 중국 특허 출원 201110235101.3의 우선권을 주장하고 그 전부 내용을 참조를 통하여 본 출원에 합병시킨다.
본 발명은 에어로졸(aerosol) 소화 기술 분야에 관한 것으로, 특히 흡열분해되어 소화물질을 생성하는 소화 조성물에 관한 것이다.
1987년 캐나다 몬트리올의 협약(Canada Montreal Convention)에서 각국에 할론(Halon) 소화제를 대체하는 구체적 목표를 제시한 후 세계 각국에서는 새로운 소화기술을 연구해왔는데 소화 효율이 높고 환경오염이 없는 소화기술이 연구방향으로 되었다. 기체 소화 시스템, 분말 소화 시스템, 물 소화 시스템 등은 환경오염이 없기 때문에 할론 소화제의 대체품으로 널리 이용되고 있다.
하지만 이러한 소화 시스템은 모두 고압 저장하여야 하므로 체적이 크고 저장과정에 물리 폭발할 위험이 존재하고 문헌 "기체 소화 시스템의 안전성 분석"(소방 과학 및 기술 2002 21(5))에서 기체 소화 시스템에 존재하는 위험을 분석하였고 압력을 받는 기체 소화 시스템 사용 중에 발생된 안전 사고예를 설명하였다.
최근 할론을 대체할 수 있는 소화 물질의 연구를 하고 있는데, 그 중, 미국 표준 및 기술 연구원(U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST))의 건축 및 방화 연구 센터의 차세대 소화 기술 프로젝트 팀(NGP)은 새로운 소화 물질을 찾기 위하여 대량의 실험 연구를 하여 질소, 이산화탄소, CF3H를 가열하고 고온의 기체로 실험 물질을 가열하여 실험 물질은 고온에서 분해되고 기체와 함께 불꽃에 작용하였다. 이때 일부분의 실험 물질이 가열 분해된 산물이 질소, 이산화탄소, CF3H 기체의 소화 효과를 향상시킬 수 있음을 발견하였다(Halon Options Technical Working Conference, Apri1 2001, Albuquerque, NM, Suppression of cup-burner diffusion flames by super-effective chemical inhibitors and inert compounds; Combustion and Flame 129:221-238(2002) Inhibition of Premixed Methane Flame by Manganese and Tin Compounds, Halon Options Technical Working Conference May 2000, flame inhibition by ferrocene, alone and with CO2and CF3H).
하지만 이 프로젝트 팀의 연구는 실험실내의 이론 연구에 불과하였고 실제의 소화기에 응용되지는 않았다.
기존의 에어로졸 소화제는 주로 S형과 K형 소화제가 있고 그 성능 특징을 종합적으로 분석한 결과, 에어로졸 소화제는 모두 소화제가 산화 환원 반응한 후 대량의 기체, 활성입자를 생성하고 활성 입자의 주쇄 절단 반응(chain scission reaction, 결합 단절 반응)을 통하여 대량의 기체로 커버하여 질식시킴으로서 화학 및 물리적으로 결합된 소화 목적을 실현한다. 에어로졸 발생제는 연소 반응하여 소화 물질을 방출하는 동시에 대량의 열을 방출하므로 2차 화재를 방지하기 위하여 장치와 에어로졸의 온도를 낮추려면 냉각 시스템을 추가하여야 하고, 이로 인하여 장치 구조가 복잡하고 육중하며 프로세스가 복잡하고 단가가 높은 반면 냉각 시스템이 존재하여 대량의 활성 입자가 활성을 잃게 되어 소화 성능이 대폭 하강된다.
기존기술에 따른 소화 조성물에 존재하는 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 소화 효율이 높고 안전성이 더욱 높은 유기산계 화합물을 포함하는 소화 조성물을 제공한다.
본 발명의 기술방안은 하기와 같다.
유기산계 화합물을 포함하고, 여기서, 유기산계 화합물의 함유량은 50(중량)% 이상이고, 70(중량)%~90(중량)%인 것이 바람직하고, 본 발명의 유기산계 화합물은 고온에서 흡열분해되어 소화 물질을 방출하고 그 소화 물질은 유리기를 통하여 화학회로 연소(chemical-looping combustion) 반응에 필요한 O·, 0H·, H·유리기 중의 한가지 혹은 여러 가지와 반응하여 화학회로 연소 반응을 절단시키거나 물리 작용을 통하여 산소 분압을 절감시켜 불꽃을 억제하거나 혹은 물리 및 화학 억제 작용을 동시에 실행하여 소화 효과를 실현하는 유기산계 화합물을 포함한 소화 조성물을 제공한다. 이와 동시에 유기산계 화합물이 불꽃약제(pyrotechnic agent)와 협력하여 효율을 향상시키는 역할을 하여 소화제의 소화 효율을 더 한층 향상시키고 유효한 소화 시간을 대폭 줄일 수 있다.
상기 주요 소화 재료인 유기산계 화합물의 소화 성능을 개선하기 위하여 상기 소화 조성물에 내연제(flame retardant)인 브롬계 내연제(bromine-based flame retardant), 염소계 내연제(chlorine-based flame retardant), 유기 인산계 내연제(organophosphorus-based flame retardant), 인-할로겐계 내연제(phosphorus-halogen based flame retardant), 질소계 및 인-질소계 내연제(nitrogen-based and phosphorus-nitrogen based flame retardant) 혹은 기타 내연제 혹은 임의 조합을 포함할 수 있다. 구체적으로, 다이암모늄 포스페이트(diammonium phosphate), 인산암모늄(ammonium dihydrogen phosphate), 다이사이안다이아마이드(dicyandiamide), 멜라민(melamine), 테트라브로모 비스페놀 A(tetrabromobisphenol A), 테트라클로로 비스페놀 A(tetrachlorobisphenol A), 데카-BDE(decabromodiphenyl ether), DOPO, 트리스(디브로모페닐)인산염(tris(dibromophenyl)phosphate), 멜라민(melamine), 모노멜라민 포스페이트(monomelamine phosphate), 구아니딘 인산(guanidine phosphate), 탄산 구아니딘(guanidine carbonate), 다이사이안다이아마이드(dicyandiamide), 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate) 등이고, 여기서, 내연제의 소화 조성물 중의 함유량은 50(중량)% 미만이고 40% 이하일 수 있고, 30% 이하인 것이 바람직하고, 4%~25%인 것이 가장 효과적이다.
상기 주요 소화 재료인 유기산계 화합물의 가공 성능을 개선하기 위하여, 본 발명의 소화 조성물에 첨가제를 더 첨가할 수 있는데, 여기서 첨가제의 함유량은 0.1~10중량%이고 0.1~5중량%인 것이 바람직하고, 첨가제는 스테아레이트(stearate), 흑연(graphite), 폴리머(polymer)의 수용성 조합용액 혹은 그 혼합물일 수 있고, 혹은 물유리(water glass), 페놀 수지(phenol resin), 셀락(shellac), 전분(starch)중의 한가지 혹은 여러 가지일 수 있고 응용 상황에 근거하여 결정할 수 있다.
본 발명의 소화 조성물에 보조 소화 재료를 더 첨가할 수 있는데, 그 함유량은 0~30(중량)%으로 제어하고, 4%~25%인 것이 바람직하다. 보조 소화 재료는 페로센(ferrocene) 혹은 그 유도체(derivative) 혹은 페로센과 그 유도체의 혼합물 혹은 탄산망간(manganese carbonate), 염기성 탄산동(basic copper carbonate), 염기성 탄산마그네슘(basic magnesium carbonate), 탄산 제1철(ferrous carbonate), 구연산칼륨(potassium citrate), 구연산나트륨(sodium citrate), 구연산암모늄(ammonium citrate), 구연산철 암모늄(ammonium ferric citrate), 옥살산칼륨(potassium oxalate), 옥살산나트륨(sodium oxalate), 옥살산암모늄(ammonium oxalate), 옥살산철(iron oxalate), 옥살산마그네슘(magnesium oxalate), 옥살산망간(manganese oxalate), 옥살산동(copper oxalate) 중의 하나 혹은 그 조합일 수 있다.
본 발명의 유기산계 화합물은 카프르산(capric acid), 데칸산(dodecanoic acid), 테트라데카노인산(tetradecanoic acid),헥사노데카노인산(hexadecanoic acid), 헵타데칸산(heptadecanoic acid), 옥타데카노익산(octadecanoic acid), 에이코센산(eicosanoic acid), 도코사노산(docosanoic acid), 헥사코노산(hexacosanoic acid), hentriacontylic acid, dotriacontanoic acid, 크로톤산(crotonic acid), 올레산(oleic acid), 헵타데칸산(heptadecenoic acid), 헥사데카노인산(hexadecenoic acid), 헥사다이에노인산(hexadienic acid), 옥살산(oxalic acid), 마로닌산(malonic acid), 숙신산(succinic acid), 글루탐산(glutaric acid), 피멜산(pimelic acid), 수베르산(suberic acid), 세바스산(sebacic acid), 브라질산(brassylic acid), 헥사데케인다이오산(hexadecanedioic acid), 시스-크로톤산(cis-crotonic acid), 트란스-크로톤산(trans-crotonic acid), 2-하이드록시프로판산(2-hydroxypropionic acid), 2-하이드록시숙신산(2-hydroxybutanedioic acid), 2,3-디하이드록시숙신산(2,3-dihydroxybutanedioic acid), 2-하이드록시-1,2,3-프로판트라이카복실산(2-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylic acid), 3-페닐-2-프로페노익산(3-phenyl-2-propenoic acid), 2-하이드록시벤조산(2-hydroxybenzoic acid), 3,4,5-트라이하이드록시벤조산(3,4,5-trihydroxy benzoic acid), 벤조산(benzoic acid) 혹은 메틸 구아니딘 아세트산(methylguanidoacetic acid)일 수 있다.
본 발명의 유기산계 화합물을 포함하는 소화 조성물은 하기 장점을 구비한다.
1) 본 발명의 소화 조성물은 유기산계 화합물을 포함하므로 열을 흡수하는 순간 분해되어 소화 물질을 방출하고 소화 물질의 물리 혹은 화학 억제 작용 혹은 물리 및 화학의 공동 억제 작용을 통하여 소화하고 주요 소화 재료의 함유량을 최적화함으로써 소화 조성물의 소화 효율을 최대한으로 발휘시키고 소화 효율을 대폭 향상시키며 소화 시간을 단축하고 소화 조성물의 소화 효율을 향상시킨다.
2) 본 발명의 소화 조성물에 내연제, 첨가제 및 기타의 보조 소화 재료를 첨가하여 주요 소화 재료인 유기산계 화합물의 소화 성능과 가공 성능을 더욱 향상시키고 성능이 안정적이고 장기 저장에 유리하다.
3) 본 발명의 소화 조성물은 불꽃약제(pyrotechnic agent)를 열, 동력원으로 하므로 사용이 편리하다.
4) 본 발명의 소화 조성물은 열을 흡수하였을 경우, 즉시로 흡열분해되어 불꽃약제 연소로 인하여 방출되는 열량을 신속히 절감시켜 소화 장치 분사구 및 분사 물질의 온도를 대폭 하강시켜 더욱 안전하다.
아래 실험을 결합하여 본 발명에 제공되는 유기산계 화합물을 포함하는 소화 조성물의 실시예를 설명한다.
상기 소화 조성물은 유기산계 화합물을 포함하는데, 그중 유기산계 화합물의 함유량은 50(중량)% 이상이고 70(중량)%~90(중량)%인 것이 바람직하다. 여기서 카프르산, 데칸산, 테트라데카노인산, 헥사노데카노인산, 헵타데칸산, 옥타데카노익산, 에이코센산, 도코사노산, 헥사코노산, 헨트리아콘틸산(hentriacontylic acid), 도트리아콘탄산(dotriacontanoic acid), 크로톤산, 올레산, 헵타데칸산, 헥사데카노인산, 헥사다이에노인산, 옥살산, 마로닌산, 숙신산, 글루탐산, 피멜산, 수베르산, 세바스산, 브라질산, 헥사데케인다이오산, 시스-크로톤산, 트란스-크로톤산, 2-하이드록시프로판산, 2-하이드록시숙신산, 2,3-디하이드록시숙신산, 2-하이드록시-1,2,3-프로판트라이카복실산, 3-페닐-2-프로페노익산, 2-하이드록시벤조산, 3,4,5-트라이하이드록시벤조산, 벤조산 혹은 메틸 구아니딘 아세트산으로부터 선택될 수 있고 모두 고온에서 흡열분해되어 소화 물질을 방출하고 이 소화 물질은 유리기를 통하여 화학회로 연소 반응에 필요한 O·, 0H·, H·유리기 중의 한가지 혹은 여러 가지와 반응하여 화학회로 연소 반응을 절단시킬 수 있고 물리 작용을 통하여 산소 분압을 절감시켜 불꽃을 억제하거나 혹은 물리 및 화학 억제 작용을 동시에 통하여 소화 효과를 실현할 수도 있으며, 유기산계 화합물이 불꽃약제와 공동으로 작용하여 소화제의 소화 효율을 더욱 향상시키고 소화 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.
상기 주요 소화 재료인 유기산계 화합물의 소화 성능을 개선하기 위하여 상기 소화 조성물에 내연제인 브롬계 내연제, 염소계 내연제, 유기 인산계 내연제, 인-할로겐계 내연제, 질소계 및 인-질소계 내연제 혹은 무기 내연제 혹은 그 임의 조합을 첨가할 수 있는데, 구체적으로는 다이암모늄 포스페이트, 인산암모늄, 다이사이안다이아마이드, 멜라민, 테트라브로모 비스페놀 A, 테트라클로로 비스페놀 A, 데카-BDE, DOPO, 트리스(디브로모페닐)인산염, 멜라민, 모노멜라민 포스페이트, 구아니딘 인산, 탄산 구아니딘, 다이사이안다이아마이드, 암모늄 폴리포스페이트 등으로부터 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않고 유기산계 화합물과 혼합하여 소화 효과를 실현할 수 있는 내연제이면 되다. 여기서, 내연제의 소화 조성물 중의 함유량은 50(중량)% 미만이고 40% 이하일 수 있으며, 30% 이하인 것이 바람직하고, 4%~25%인 것이 가장 바람직하다. 구체적인 배합에 근거하여 조절할 수 있다.
본 발명의 소화 조성물에 첨가제를 첨가하여 상기 주요 소화 재료인 유기산계 화합물의 가공 성능을 개선할 수 있다. 여기서 첨가제의 함유량은 0.1~10(중량)%이고 0.1~5인 것이 바람직하고, 이러한 첨가제는 스테아레이트, 흑연, 폴리머의 수용성 조합용액 혹은 그 혼합물, 혹은 물유리, 페놀 수지, 셀락, 전분중의 한가지 혹은 여러 가지일 수 있고 응용 상황에 근거하여 선택할 수 있다. 그 중, 첨가제는 접착제를 포함하고, 접착제는 이 분야의 통상 지식이고 일반적으로 소화 조성물 중의 함유량은 15% 이하로 제어된다.
본 발명의 소화 조성물은 보조 소화 재료를 더 포함하고 그 함유량은 0~30(중량)%으로 제어되고 4%~25%인 것이 바람직하고 페로센 혹은 그 유도체 혹은 그 조합일 수 있고 혹은 탄산망간, 염기성 탄산동, 염기성 탄산마그네슘, 탄산 제1철, 구연산칼륨, 구연산나트륨, 구연산암모늄, 구연산철 암모늄, 옥살산칼륨, 옥살산나트륨, 옥살산암모늄, 옥살산철, 옥살산마그네슘, 옥살산망간, 옥살산동 중의 하나 혹은 그 조합일 수도 있다.
제조한 시트형 소화 조성물 65g을 각각 50g K형 열에어로졸 발생제가 투입된 소화 장치에 첨가하고 각각 GA86-2009 제6.3.2항으로 소화실험을 수행하였고 소화 레벨은 8B를 선택하였다. 실험 결과를 표 1에 나타내었다. 비교예로 50g의 판매 중인 K형 열에어로졸 발생제를 선택하였다.
각종 구성 요소 비교 및 실험 결과 비교
성분 실시예 성분 함량(중량%) 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
카프르산 70 50g의
판매
중인
K형
열에어로졸
발생제
헥사다이에노인산 75
옥살산 79.8
마로닌산 80
숙신산 80
2-하이드록시숙신산 75
2,3-디하이드록시숙신산 70
2-하이드록시-1,2,3-프로판트라이카복실산 75
3-페닐-2-프로페노익산 80
2-하이드록시벤조산 80
3,4,5-트라이하이드록시벤조산 85
N-메틸구아니디노아세트산 85
옥살산암모늄 19 5
멜라민 4 9 25 9.5 19 1.5
탄산망간 14 10 5 13
구연산칼륨 15 12
구연산나트륨 15 9
물유리 1 1 1
스테아르산마그네슘 5 5 0.2 0.5
스테아르산아연 5 1
하이드록시프로필 메틸셀룰로스 1 0.2 5 0.5 0.8
폴리비닐 알코올 0.8 1 1 1
페로센 9.2 9 20 9
하이드록시에틸 셀룰로스 1 1
발생기 분사구 온도(℃) 92 97 100 120 98 142 103 76 89 85 69 106 469
소화 상황 소화 소화
소화 소화 소화 소화 소화 소화 소화
소화 미소화
소화 시간(s) 8.1 6.4 5.6 3.7 6.1 4.8 7.3 4.6 6.7 5.8 6.4 7.5
상기 표에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 12에 따른 유기산을 주요 소화 재료로 한 조성물의 소화 효율은 비교예에 비하여 대폭 향상되었고 소화 시간 및 발생기 분사구의 온도 역시 비교예에 비하여 아주 우수함을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 유기산계 화합물을 포함하고, 상기 유기산계 화합물의 함유량은 50(중량)% 이상이며,
    불꽃약제를 열원과 동력원으로 하고 불꽃약제를 연소시켜 불꽃약제의 연소로 인한 고온을 통하여 소화 조성물이 흡열분해 반응하여 대량의 소화 물질을 방출하고 그 소화 물질이 불꽃약제와 함께 분사구로부터 분사되어 소화 목적을 실현하는 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    보조 소화 재료를 더 포함하되, 상기 보조 소화 재료는 구연산염, 옥살산염, 탄산염, 페로센과 페로센 유도체 중의 한가지 혹은 여러 가지이고 그 함유량은 0을 초과하고 30(중량)%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    내연제를 더 포함하되, 상기 내연제의 함유량이 0을 초과하고 50(중량)%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제의 함유량이 0.1~10(중량)%인 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 첨가제가 스테아레이트, 흑연, 폴리머의 수용성 조합용액 혹은 그 혼합물이거나 혹은 물유리, 페놀 수지, 셀락, 전분중의 한가지 혹은 여러 가지인 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 유기산계 화합물이 카프르산, 데칸산, 테트라데카노인산, 헥사노데카노인산, 헵타데칸산, 옥타데카노익산, 에이코센산, 도코사노산, 헥사코노산, 헨트리아콘틸산(hentriacontylic acid), 도트리아콘탄산(dotriacontanoic acid), 크로톤산, 올레산, 헵타데칸산, 헥사데카노인산,헥사다이에노인산, 옥살산, 마로닌산, 숙신산, 글루탐산, 피멜산, 수베르산, 세바스산, 브라질산, 헥사데케인다이오산, 시스-크로톤산, 트란스-크로톤산, 2-하이드록시프로판산, 2-하이드록시숙신산, 2,3-디하이드록시숙신산, 2-하이드록시-1,2,3-프로판트라이카복실산, 3-페닐-2-프로페노익산, 2-하이드록시벤조산, 3,4,5-트라이하이드록시벤조산, 벤조산 혹은 메틸 구아니딘 아세트산인 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기산계 화합물의 함유량이 70(중량)%~90(중량)%인 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 내연제가 브롬계 내연제, 염소계 내연제, 유기 인산계 내연제, 인-할로겐계 내연제, 질소계 및 인-질소계 내연제 혹은 기타 내연제 혹은 그 임의 조합인 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내연제의 함유량이 0을 초과하고 30(중량)% 미만인 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    보조 소화 재료 4% 내지 25%와,
    내연제 4% 내지 25%와,
    첨가제 0.1% 내지 5%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기산계 화합물을 함유한 소화 조성물.
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