KR20160019955A - 소화제 및 소화 방법 - Google Patents

Abstract

메탈로센 및 분산 매질을 함유하는 것을 특징으로 하는 소화제로서, 상기 메탈로센은 상기 분산 매질 중 분산되어 있는 소화제.

Description

소화제 및 소화 방법 {FIRE EXTINGUISHING AGENT AND FIRE EXTINGUISHING METHOD}

본 발명은 소화제 및 소화 방법에 관한 것이다.

소화 방법은 일반적으로 4 종류, 즉 억제, 냉각, 질식 및 제거의 4 종류로 분류되며, 각각의 방법 특성에 따라 소화제가 개발되고 있다. 이들 방법 중에서도 억제에 의한 소화는 연소계 내에서 발생하는 라디칼을 포획하여 연소의 연쇄 반응을 막을 것이며, 다른 방법에 비해 소화제 필요량이 소량이라는 장점을 갖고 있다. 억제에 의한 소화를 위한 소화제로서, 인산 암모늄 염, 할론 등을 함유하는 소화제가 개발되고 있다.

한편, 연소 억제 작용을 갖는 획기적인 물질로서 종래의 것과는 차별화된 것이 보고되어 있다. 이 물질은 메탈로센이다. 메탈로센의 일종인 페로센 (ferrocene) 은 다양한 유기 화합물의 합성에 유용하다; 그러므로 지금까지는 주로 유기 화학 분야에서 페로센의 이용법이 연구되어 왔다. 그러나, 최근에는, 페로센 증기 (승화물) 가 연소 억제 작용이 있는 것으로 보고되고 있다 (비특허 문헌 1 참조). 또한 페로센 또는 기타 메탈로센의 유기 용매 중 용액을 사용하여 이러한 메탈로센을 부착시킨 여과지는 연소를 억제할 수 있어, 종래의 소화제보다 훨씬 적은 양의 메탈로센으로 우수한 연소 억제 작용을 발휘하는 것이 보고되어 있다 (비특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 에는 페로센 또는 그 유도체를 25 중량 % 이상 함유하는 소화제 조성물이 개시 되어있다. 또한, 특허 문헌 2 에는 페로센과 같은 철 함유 화합물 및 불활성 가스 소스를 포함하는 소화제 조성물이 함유되어 있는 마이크로캡슐이 개시되어 있다.

이상과 같이, 메탈로센의 소화제로의 적용이 점차 기대되고 있다.

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

특허 문헌 1 : International Patent Application Publication No. 2012/034492

특허 문헌 2: US Patent Application Publication No. 2013/0052452

비특허 문헌

비특허 문헌 1 : Linteris,G.T. et al.,Proc.Combust.Inst.28(2000) 2965-2972.

비특허 문헌 2 : Koshiba,Y. et al., Fire Saf.J.51(2012)10-17.

그러나 메탈로센을 이용하여 충분한 소화 효과를 확보할 기술은 확립되어 있지 않다; 그리하여, 메탈로센을 소화제로 실용화하기 위해 추가의 검토가 필요하다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 메탈로센을 이용한 소화 능력이 뛰어난 신규한 소화제를 제공하는 것을 본 발명의 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 메탈로센 및 분산 매질을 포함하고, 상기 메탈로센이 상기 분산 매질 중에 분산되어 있는 소화제를 제공한다.

본 발명의 소화제에서는 상기 메탈로센이 페로센인 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서는 상기 메탈로센의 함량이 70 중량 ppm ~ 20 중량 % 인 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서는 상기 분산 매질이 불연성 액체 및 불연성 분말로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 멤버인 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서는 상기 분산 매질은 불연성 액체이고, 상기 메탈로센의 농도는 70 ~ 160 중량 ppm 인 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서는 상기 분산 매질이 물이고, 분산제가 추가로 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서는 상기 분산제는 바람직하게 비이온성 계면활성제이다.

본 발명의 소화제에서는 상기 비이온성 계면활성제의 농도는 임계 미셀 (micelle) 농도의 1 ~ 7 배인 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서, 세로축에 소화제의 탁도 값의 역수에 대해 가로축에 소화제의 제조 후 시간을 플롯팅 (plotting) 함으로써 수득된 기울기로 나타냈을 때의 상기 소화제 중의 메탈로센의 분산 안정도가 1 ~ 20 인 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서, 상기 분산 매질이 불연성 분말이고, 상기 메탈로센의 농도가 550 중량 ppm ~ 20 중량 % 인 것이 바람직하다.

본 발명의 소화제에서, 상기 분산 매질이 황산 암모늄, 황산 마그네슘, 황산 칼륨, 인산 2수소 암모늄, 인산 수소 2암모늄, 인산 칼륨, 염화나트륨, 염화칼륨, 산화 마그네슘, 이산화규소, 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 멤버인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 소화제를 연소물에 공급하는 것을 포함하는 소화 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 메탈로센을 이용한 소화 능력이 뛰어난 신규한 소화제, 및 이를 이용한 소화 방법이 제공된다.

도 1 은 실시예 1 ~ 4 에서 소화제 제조에 이용한 분쇄된 페로센 (1) 의 입자 크기 분포도를 나타낸다.
도 2 는 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 에서 사용한 소화제의 소화 능력 평가 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3 은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 에서 수득된 소화제의 소화 능력의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 실시예 5 ~ 12 에서 소화제 제조에 이용한 분쇄된 페로센 (2) 의 입자 크기 분포도를 나타낸다.
도 5 는 실시예 5 ~ 12 에서 소화제 제조에 이용한 분쇄된 페로센 (3) 의 입자 크기 분포도를 나타낸다.
도 6 은 실시예 5 ~ 12 에서 소화제 제조에 이용한 분쇄된 페로센 (4) 의 입자 크기 분포도를 나타낸다.
도 7 은 실시예 5 ~ 8 및 비교예 2 에서 수득된 소화제의 소화 능력의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 소화제는 메탈로센 및 분산 매질을 포함한다. 본 발명의 소화제에서, 상기 메탈로센은 상기 분산 매질 중에 분산되어 있으므로, 이로써 소화제는 뛰어난 소화 능력을 안정적으로 나타낸다.

상기 소화제에 함유된 메탈로센은 금속 원자가 2 개의 시클로펜타디에닐 고리 (C₅H₅ ^-) 사이에 끼워진 구조를 갖고, 임의의 통상의 메탈로센이 이용될 수 있다. 메탈로센 중 금속 종의 예에는 철, 니켈, 코발트, 크롬, 망간, 바나듐, 루테늄 및 오스뮴이 포함된다. 메탈로센은 여기에 추가로 시클로펜타디에닐 고리 이외의 리간드를 배위할 수 있다. 다른 리간드의 예로는 아세틸아세톤 종류 화합물 및 펜타메틸 시클로펜타디엔 종류 화합물 및 벤젠 종류 화합물을 포함한다.

이러한 메탈로센 중, 비스(시클로펜타디에닐) 금속 화합물의 예로서, 하기를 언급할 수 있다: [Fe(C₅H₅)₂ (페로센), [Ni(C₅H₅)₂] (니켈로센), [Co(C₅H₅)₂] (코발토센), [Cr(C₅H₅)₂] (크로모센), [Mn(C₅H₅)₂] (망가노센), [V(C₅H₅)₂] (바나도센), [Ru(C₅H₅)₂] (루테노센), 및 [Os(C₅H₅)₂] (오스모센). 이들 중, 페로센이 그의 저독성, 저렴함 등 측면에서 바람직하다.

메탈로센은 중앙값 직경이 5 ~ 80 ㎛ 인 것이 바람직하고, 10 ~ 70 ㎛ 인 것이 보다 바람직하다. 이러한 미세 입자 형태인 메탈로센은 물에서 더 높은 분산성을 보인다. 본 명세서에서 "중앙값 직경" 이란 용어는 레이져 회절 입자 크기 분포 분석기를 이용하여 수행된 측정 결과로서 수득된 부피-기반 누적 입자 크기 분포 곡선에서의 50% 누적 입자 직경 (D50) 을 의미한다.

또한, 메탈로센 중 200 ㎛ 이하의 입자 비율이 90 부피 % 이상인 것이 바람직하다.

상기 소화제는 단일 종류의 메탈로센 또는 2 종 이상의 메탈로센을 함유할 수 있다. 2 종 이상의 메탈로센이 이용되는 경우, 그 유형의 조합 및 그의 비율은 목적에 따라 임의로 선택할 수 있다. 페로센과 다른 메탈로센의 혼합물을 사용하는 경우, 메탈로센 전체 중량에서 페로센의 비율은 1 중량 % 이상인 것이 바람직하고, 10 중량 % 이상인 것이 보다 바람직하고, 50 중량% 이상인 것이 보다 더욱 바람직하다.

상기 소화제의 메탈로센의 함량은 70 중량 ppm ~ 20 중량 % 인 것이 바람직하고, 80 중량 ppm 내지 10 중량 % 인 것이 보다 바람직하고, 100 중량 ppm ~ 1 중량 % 인 것이 특히 바람직하다. 메탈로센의 함량이 이러한 범위 내에 있는 경우, 소화제는 보다 더 높은 소화 능력을 발휘한다. 통상의 인산 2수소 암모늄 (NH₄H₂PO₄) 의 경우, 메탈로센은 연소계 내에서 발생하는 라디칼을 포획하여 연소의 연쇄 반응을 중지하여 연소 억제 효과 (소화 능력) 를 발휘하는 것으로 추측된다. 나아가, 메탈로센의 함량을 상기 하한치 이상으로 조정함으로써, 메탈로센은 연소 억제 효과를 더 현저히 발휘할 수 있다. 한편, 메탈로센은 그 자체가 가연성 화합물이다. 따라서 메탈로센의 함량을 상기 상한치 이하로 조정함으로써, 메탈로센 자체의 연소가 억제되어 연소 억제 효과가 더 현저하게 발휘될 수 있다.

따라서, 상기 소화제는 메탈로센의 함량을 매우 적은 범위로 할 때 뛰어난 소화 능력을 발휘한다.

본 발명에 사용되는 상기 분산 매질은 불연성 액체 및 불연성 분말로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 멤버인 것이 바람직하다. 여기에서, 용어 "불연성"은 액체 및 분말이 산소와 반응하지 않는 것을 의미하고, 이러한 액체 및 분말은 이들이 산소와 반응하지 않는 한 특별한 제한은 없다. 나아가, 상기 분산 매질은 낮은 부식성 및 저독성인 것이 바람직하다.

분산 매질로서 사용된 불연성 액체의 예에는 물이 포함된다. 본 발명에서 사용되는 물은 소화제의 기능에 지장을 초래하는 종류 및 양의 불순물을 포함하지 않는 한 특별히 한정되지 않는다. 비용 및 입수 용이성의 관점에서, 일반 수돗물을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 분산 매질이 불연성 액체인 경우, 상기 메탈로센의 농도는 70 ~ 160 중량 ppm 인 것이 바람직하고, 80 ~ 140 중량 ppm 인 것이 보다 바람직하고, 90 ~ 130 중량 ppm 인 것이 특히 바람직하다.

상기 분산 매질이 물인 경우, 본 발명의 소화제는 또한 분산제를 포함하는 것이 바람직하다. 분산제는 수 중에 메탈로센을 분산시키는 작용을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않고; 예를 들면, 공지의 각종 계면활성제를 분산제로 이용할 수 있다.

상기 계면활성제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온성 계면활성제 중 임의의 것일 수 있다.

음이온 계면활성제의 예에는 황산 에스테르, 예컨대 나트륨 라우릴 술페이트, 및 술폰산 염, 예컨대 나트륨 알킬벤젠 술포네이트가 포함된다.

양이온 계면활성제의 예에는 4차 암모늄 염, 예컨대 도데실트리메틸암모늄 클로라이드가 포함된다.

비이온성 계면활성제의 예에는 글리세린 지방산 에스테르, 수크로오스 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르 및 아세틸렌 알코올이 포함된다. 여기에서 용어 "아세틸렌 알코올"은 탄소-탄소 3중 결합 (C≡C) 및 하나 이상의 히드록실기를 각각 갖는 화합물을 의미한다.

이들 계면활성제 중에서, 소화제의 더 큰 소화 능력 관점에서 볼 때, 비이온성 계면활성제가 바람직하고, 아세틸렌 알코올이 보다 바람직하고, 하기 식 (A) 로 나타낸 아세틸렌 알코올 (이하 "계면활성제 (A)"로 종종 지칭) 중 임의의 것을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 계면활성제 (A) 에 있어서, m 및 n 중 적어도 하나가 0 이 아닌 경우, 계면활성제 (A) 는 에틸렌 옥시드를 다른 종류의 계면활성제 (A) 의 히드록실기에 첨가함으로써 형성된 에틸렌 옥시드 부가물이다.

(식 중, R¹ 및 R² 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 저급 알킬기를 나타내고, m 및 n 각각은 독립적으로 0 이상의 정수임).

계면활성제 (A) 에 관해서, R¹ 및 R² 각각은 독립적으로 탄소수 1 내지 6 의 알킬기이고, n 및 m 각각은 독립적으로 0 또는 1 ~ 30 의 정수인 것이 바람직하다. 또한 m + n 이 1 ~ 50 인 것이 바람직하고, 1 ~ 30 인 것이 보다 바람직하다. m + n 이 10 인 것이 특히 바람직한데 그 이유는 소화제 중 메탈로센이 특히 고분산성일 수 있고, 상기 소화제가 더 뛰어난 소화 능력을 발휘하기 때문이다. m + n 이 10 인 계면활성제 (A) 로서, Surfynol 465 (Nissin Chemical Industry Co., Ltd. 판매, 이하 종종 "계면활성제 (1)" 로 지칭) 이 시판품으로서 이용가능하다.

또한, m 및 n 이 모두 0 인 계면활성제 (A) 로서, Surfynol 104 (Nissin Chemical Industry Co., Ltd. 판매) 이 시판품으로서 이용가능하다.

시판 중인 계면활성제의 다른 예로서, 각종 "Surfynol" 계면활성제 (Nissin Chemical Industry Co., Ltd. 판매), 예컨대 Surfynol 485 (이하, 종종 "계면활성제 (2)" 로서 지칭), Olfine E1020 (Nissin Chemical Industry Co., Ltd., 이하 "계면활성제 (3)" 으로서 종종 지칭), 및 Olfine PD201 (Nissin Chemical Industry Co., Ltd. 판매, 이하 종종 "계면활성제 (4)" 로 지칭) 를 언급할 수 있다. 이들 각각은 그 자체가 비이온성 계면활성제이거나 또는 비이온성 계면활성제를 포함한다.

상기 소화제는 단일 종류의 분산제 또는 2 종 이상의 분산제를 함유할 수 있다. 2 종 이상의 분산제가 이용되는 경우, 그 종류의 조합 및 그의 비율은 목적에 따라 임의로 선택될 수 있다.

소화제 내 분산제의 함량은 0.05 ~ 2.0 중량 % 인 것이 바람직하고, 0.1 ~ 1.5 중량 % 인 것이 더욱 바람직하다. 분산제의 함량이 상기 범위 내에 존재하는 경우, 소화제 중에서 메탈로센의 분산성이 더 향상될 수 있다.

특히, 분산제로서 계면활성제를 이용하는 경우에는, 소화제 내 계면활성제의 농도는 임계 미셀 농도 (cmc) 의 1 ~ 7 배인 것이 바람직하고, 1.5 ~ 7 배인 것이 보다 바람직하고, 2 ~ 7 배인 것이 특히 바람직하다. 여기서, 임계 미셀 농도는 du Nouy 표면 장력계 (Ito Corporation 제조) 등을 이용하여 측정할 수 있다. 계면활성제의 농도가 상기 하한 이상인 경우, 소화제 중에서의 메탈로센의 분산성 (소화제의 소화 능력) 이 더 향상된다. 계면활성제의 농도가 임계 미셀 농도의 7 배 이하인 경우, 계면활성제의 과다 사용이 억제되면서, 소화제의 소화 능력이 더 높아진다.

메탈로센은 지용성이 높은 화합물이며, 단독으로 사용되는 경우, 물에서의 용해성은 매우 낮다. 따라서, 물을 분산 매질로서 이용하는 소화제는 메탈로센의 침강 또는 응집과 같은 문제가 불가피하게 수반된다. 따라서, 메탈로센은 물을 분산 매질로서 이용하는 소화제의 성분으로서 본래 부적절한 것으로 여겨져 왔다. 이러한 이유로, 상기 언급된 바와 같이, 메탈로센은 증기 또는 유기 용매 중 용액의 형태로 통상 이용되어 왔고, 그의 소화 능력에 대해 상기 형태에서 연구되어 왔다. 본 발명에서, 메탈로센을 바람직하게 미세 입자 형태로 이용하고 나아가 분산제를 병용하는 것으로써, 수중에서 메탈로센 분산을 가능하게하고, 이때 분산제의 종류와 사용량 등을 조절함으로써 수중의 메탈로센 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 그 결과, 메탈로센의 침강 또는 응집이 경미하게 또는 완전히 억제된 안정된 품질을 갖는 소화제의 실현이 가능해졌다.

분산 매질로서 불연성 액체를 이용한 경우, 세로축에서의 소화제 탁도 값의 역수에 대해 가로축에는 소화제 제조 후 시간을 플롯팅함으로써 수득된 기울기로 표현된 소화제 내 메탈로센의 분산 안정도가 0 ~ 20 인 것이 바람직하고, 0 ~ 10 인 것이 보다 바람직하고, 0 ~ 1 인 것이 보다 더욱 바람직하다. 보다 구체적으로는, 메탈로센의 분산 안정도는 세로축 (y 축)에 소화제의 탁도 값의 역수 (NTU^-1) 에 대해 가로축 (x 축) 에 플롯팅된 소화제 제조 후 시간 (분) 의 관계의 선형 근사 (linear approximation) 에 의해 수득된 기울기이다. 탁도 값의 역수는 수평 투시도 (투명도) 에 대응하기 때문에, 분산 안정도는 수평 투시도의 일시적인 변화량으로서 바꾸어 표현할 수 있다. 따라서, 분산 안정도의 값이 더 크다는 것은 분산계로서 소화제의 더 높은 안정성을 나타내고, 응집 가능성이 덜하다.

분산 매질이 불연성 분말인 경우, 메탈로센의 농도는 550 중량 ppm ~ 20 중량 % 인 것이 바람직하고, 800 중량 ppm 내지 10 중량 % 인 것이 보다 바람직하고, 1,000 중량 ppm ~ 1 중량 % 인 것이 특히 바람직하다. 불연성 분말의 입자 크기는 메탈로센을 균일하게 분산시킬 수 있다면 특별히 제한은 없다; 예를 들면, 상기 입자 크기는 메탈로센의 평균 분자 입자 크기의 범위로서 상기 언급된 범위 내에 존재할 수 있다.

소화제는 메탈로센, 분산 매질 및 분산제 이외에, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위 내에서 필요에 따라 염료, 안료 및 pH 조절제와 같은 기타 성분을 함유할 수 있다.

소화제는 단일 종류의 기타 성분 또는 2 종 이상의 기타 성분을 함유할 수 있다. 2 종 이상의 기타 성분이 이용되는 경우, 그 종의 조합 및 그의 비율은 목적에 따라 임의로 선택될 수 있다.

소화제 내 기타 성분의 함량은 바람직하게 10 중량% 이하, 더욱 바람직하게 5 중량% 이하, 특히 바람직하게 3 중량% 이하이다.

소화제는 메탈로센, 분산 매질, 분산제 및 필요에 따라 기타 성분을 함께 블렌딩하고, 메탈로센을 생성 혼합물 중에 충분히 분산시킴으로써 수득될 수 있다.

블렌딩 동안의 메탈로센의 분산 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 분산 매질은 물 등의 불연성 액체인 경우, 분산 효과가 높다는 점에서, 메탈로센 등의 성분들의 혼합물에 초음파를 조사하여 메탈로센을 분산시키는 방법을 이용하는 것이 바람직하고, 이때 주파수는 10 ~ 100 kHz 인 것이 바람직하다.

분산 매질로서 불연성 액체를 사용하는 경우의 블렌딩하는 동안 메탈로센의 분산 온도는 메탈로센이 충분히 분산되고 성분이 열화되지 않는 한 특별히 한정되지 않지만; 메탈로센의 분산 효과가 높은 점에서, 온도가 20 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 추가로, 소화제의 성분의 종류에 따라 영향이 있지만, 메탈로센의 분산 온도가 높을 수록, 메탈로센의 분산 효과가 더 높고; 따라서, 상기 온도는 25 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 35 ℃ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 45 ℃ 이상인 것이 특히 바람직하다. 한편, 성분의 열화 억제 효과를 개선시키기 위해서, 상기 온도는 70 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 60 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.

분산 매질로서 불연성 액체를 사용하는 경우의 블렌딩 동안의 메탈로센의 분산 시간도 또한 성분들이 열화되지 않는 한 특별히 한정되지 않고, 분산 작업은 메탈로센이 충분히 분산될 때까지 지속될 수 있고, 예를 들어 10 ~ 60 분간 지속될 수 있다.

분산 매질로서 불연성 분말을 사용하는 경우의 성분들의 혼합 방법은, 메탈로센을 균일하게 분산시킬 수 있다면 특별히 제한되지 않지만; 예를 들면, 볼 밀 (ball mill) 을 이용하는 밀 (milling) 같은 각종 교반 방법이 적용 가능하다.

본 발명에서 사용된 분산 매질은 불연성 액체와 불연성 분말의 혼합물일 수 있다. 이러한 경우, 혼합비는 소화제의 사용법 등에 따라 적절히 조절될 수 있고, 혼합물은 용액 또는 슬러리일 수 있다.

소화제는 바람직하게 통상의 소화제에 사용된 바와 같은 금속 등으로 제조된 용기에 충전된 채로 저장 및 이용된다.

제조 후, 소화제는 충분히 분산된 메탈로센 상태를 안정적으로 유지할 수 있지만, 필요에 따라 사용 전에 일반 혼합 작업을 수행함으로써보다 보다 훨씬 안정적으로 소화 능력을 발휘할 수 있다. 분산 작업은 또한 사용 전에 다시 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 소화제를 연소물에 공급하는 단계를 포함하는 소화 방법이 제공된다. 상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 소화제는 수용액 등의 용액 뿐만 아니라, 슬러리 및 분말과 같은 임의의 다양한 형태일 수 있다; 그리하여, 소화제는 소화제의 형태에 적합한 임의의 공지의 방법에 의해 화염의 소화에 사용될 수 있다. 상기 소화제를 사용한 소화기에 대해서, 소화기는 소화제가 충전된 용기 및 상기 용기와 관련하여 마련된 소화제를 방출하기 위한 분사 노즐과 같은 방출 수단을 갖는 것과 같은 기본적인 구조를 가질 수 있다. 소화기의 구체적인 구조는 소화제의 형태 및 소화 작업의 특정 목적에 따라 종래 구조 중 임의의 것을 기반으로 고안될 수 있다.

종래 소화제의 경우에서와 같이, 본 발명의 소화제는 표적의 연소물에 접촉시 높은 소화 능력을 발휘한다. 소화제를 연소물에 접촉시킬 때, 예를 들어 소화제를 그대로 연소물에 살포할 수 있거나, 또는 소화제를 미스트 형태로 분무할 수 있고, 이는 연소의 특정 형태에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 보통 화재의 경우에는 소화제를 어떤 방법으로든 연소물에 접촉시킬 수 있지만, 기름 화재 및 전기 화재의 경우에는, 소화제를 미스트 형태로 분무하는 것이 바람직하다.

수성 분산액 형태의 상기 소화제를 이용한 일반 화재의 소화에 사용되기 위한 소화 방법의 구체적인 예로서, 본 발명의 소화제가 화재 현장에 방수되는 방법이 언급될 수 있다. 상기 소화제의 방수 방법에는 특별히 제한되지 않고, 이는 상공에서 살포, 소방 차량의 방수, 또는 양동이 등을 이용하여 인력으로 살포하는 것일 수 있다.

또한, 튀김 기름으로 대표되는 기름 화재는 분말 소화기 또는 에어졸-유형 간이 소화 장비를 이용한 방법에 의해 소화될 수 있다.

[실시예]

이하, 구체적인 실시예에 의해 본 발명을 자세히 설명할 것이다.

[실시예 1] <소화제의 제조> (페로센 분쇄)

시판 중의 페로센을 마노 막자사발 (agate mortar) 에서 분쇄한다. 수득한 페로센 입자를 100 ㎛ 메시 체를 통해 체질하고 추가로 50 ㎛ 메시 체에 걸러 체질하였다. 후자의 체 상에 남은 입자 (이하, "분쇄된 페로센 (1)"로 지칭) 을 소화제 제조용 물질로서 취하였다. 광학 현미경 (Leica, Inc. 사의 "DMI-300B ") 를 사용하여, 상기 분쇄된 페로센 (1) 의 이미지를 얻고, 분쇄된 페로센 (1) 의 입자 면적을 이미지 분석 소프트웨어 ("ImageJ ver. 1.45") 를 사용하여 측정하고, 상당하는 입자 크기를 산출해 입자 크기 분포를 얻고, 이후 이를 입자 크기 분포도 작성에 사용하였다. 입자 크기 분포도는 도 1 에 나타낸다.

도 1 의 결과로부터, 분쇄된 페로센 (1)의 중앙값 직경은 65 ㎛ 인 것이 확인되었다.

(소화제의 제조)

100 mL 메스 플라스크에 분쇄된 페로센 (1), 물 (100mL), 분산제로서 계면활성제 (1) (Nissin Chemical Industry Co., Ltd. 제작의 "Surfynol 465") 를 첨가하였다. 생성 혼합물의 온도를 50 ℃로 조절한 후, 초음파 (40 kHz) 를 20 분간 조사하여 충분히 내용물을 분산시켜 균일한 분산물로서 소화제를 얻었다. 여기서, 표 1 에 나타낸 바와 같이, 분쇄된 페로센 (1) 의 첨가량을, 분산물 중에서의 그의 농도가 100 ppm이 되도록 조절하였다.

또한, 계면활성제 (1) 의 첨가량은 분산물 중에서의 그의 농도가 0.2 중량 %가 되도록 조절하였다.

<소화제의 소화 능력 평가>

도 2 에 나타낸 평가 장치를 이용하여, 수득한 소화제의 소화 능력을 평가했다.

평가 장치 (1) 는 주로, 평가 대상의 소화제를 유지하기 위한 소화제 홀더 (11), 소화제 분사 노즐 (14), 소화제 홀더 (11) 및 노즐 (14) 을 연결하는 배관 (13), 배관 (13) 의 중간 부분에 삽입된, 소화제 홀더 (11) 에서 노즐 (14) 에 소화제를 이송하기 위한 펌프 (12), 소화제가 분사되는 연소물을 유지하기 위한 연소물 홀더 (15) 로 이루어진다. 노즐 (14) 은 최대 60 °의 확산 각도로 액체를 분사할 수 있도록 조정되어 있다. 또한, 연소물 홀더 (15) 는 내경 D 가 83 mm인 용기이다.

평가 장치 (1) 의 연소물 홀더 (15) 에서, 액체 가연물로서 n-헵탄 (80 mL) 을 보유하고, 상기 n-헵탄의 액면과 노즐 (14) 의 선단부와의 거리 H 가 14 내지 50 cm 가 되도록 조절하였다. 이어서, n-헵탄을 점화하고, 20 초 동안 그대로 방치하여 화염을 안정시켰다. 상기 화염에 상기에서 수득한 소화제를 노즐 (14) 를 통해 약 240 mL / min 의 유량으로 분사했다. 이후, 소화제 분사 개시 후 45 초까지 n-헵탄의 상태를 육안으로 관찰했다.

상기의 소화 작업을 총 5 회 초과로 반복하여, 소화제의 소화 능력을 평가했다.

그 결과를 표 1 및 도 3 에 나타낸다. 표 1 에서, 소화 능력의 평가 결과를, 각각 하기의 의미를 갖는 ○, △ 및 × 로 분류한다.

○ : 모든 소화 작업에서, 분사 개시 후 45 초 이내에 화재가 극히 빠르게 진화될 수 있었다.

△ : 모든 소화 작업에서, 분사 개시 후 45 초 이내에 화재가 빠르게 진화될 수 있었다.

× : 모든 소화 작업에서, 분사 개시 후 45 초 이내에 소화되지 못했다.

[실시예 2]

표 1 에 나타낸 바와 같이, 분쇄된 페로센 (1) 의 농도를 100 ppm 대신 125 ppm 으로 변경한 점을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 1 과 동일한 방식으로 평가하였다. 그 결과를 표 1 및 도 3 에 나타낸다.

[실시예 3]

표 1 에 나타낸 바와 같이, 분쇄된 페로센 (1) 의 농도를 100 ppm 대신 150 ppm 으로 변경한 점을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 1 과 동일한 방식으로 평가하였다. 그 결과를 표 1 및 도 3 에 나타낸다.

[실시예 4]

표 1 에 나타낸 바와 같이, 분쇄된 페로센 (1) 의 농도를 100 ppm 대신 75 ppm 으로 변경한 점을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 1 과 동일한 방식으로 평가하였다. 그 결과를 표 1 및도 3 에 나타낸다.

[비교예 1]

표 1 에 나타낸 바와 같이, 분쇄된 페로센 (1) 을 이용하지 않았다는 점 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 1 과 동일한 방식으로 평가했다. 그 결과를 표 1 및 도 3 에 나타낸다.

도 3 에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 2 각각에서, 모든 소화 작업에서 분사 개시 후 45 초 이내에 화재는 매우 신속하게 소화될 수 있었다. 또한, 실시예 3-4 각각에서는, 실시예 1 ~ 2 보다 더 많은 시간을 필요로 했지만, 모든 소화 작업에서 분사 개시 후 45 초 이내에 화재는 신속하게 소화될 수 있었다.

한편, 비교예 1 에서는, 페로센 부재의 소화제는 소화 능력을 보이지 않았으며, 이는 또한 계면활성제 (1) 가 소화 능력을 갖고 있지 않은 것을 확인시켰다. 이는 실시예 1 ~ 4 에서 관찰된 뛰어난 소화 능력이 분쇄된 페로센 (1) 에 의한 것임을 뒷받침했다.

[실시예 5] <소화제의 제조> (페로센 분쇄)

유성형 볼밀을 이용함으로써, 시판중인 페로센을 45 분 동안 400 rpm 에서 습식 분쇄하여 분쇄된 페로센 (이하 "분쇄된 페로센 (2)" 로 지칭) 을 수득했다. 레이져 회절 입자 크기 분석기 (Shimadzu Corporation 제작 "SALD-7000") 를 사용하여, 분쇄된 페로센 (2) 의 입자 크기 분포를 측정하여, 입자 크기 분포도를 작성했다. 획득한 입자 크기 분포도를 도 4 에 나타낸다.

도 4 의 결과에서, 분쇄된 페로센 (2) 은 주 피크뿐 아니라 입자 크기 0.2 ㎛ 부근에 작은 피크를 갖는 두 봉우리형 (bimodal) 이며, 중앙값 직경은 10.4 ㎛ 인 것이 확인되었다.

또한, 분쇄된 페로센 (3) 을, 400 rpm 대신 300 rpm 에서 시판중인 페로센을 습식 분쇄한 점을 제외하고, 분쇄된 페로센 (2) 의 경우와 동일한 방식으로 수득하여, 분쇄된 페로센 (3) 의 입자 크기 분포를 측정하여, 입자 크기 분포도를 작성했다. 획득한 입자 크기 분포도를 도 5 에 나타낸다.

도 5 의 결과로부터, 입자 크기 분포는 뾰족하고 (sharp), 분쇄된 페로센 (3) 의 중앙값 직경은 11.4 ㎛ 인 것이 확인되었다.

또한, 시판중인 페로센을 마노 막자사발에서 분쇄하였다. 생성 페로센 입자를 75 ㎛ 메시 체, 53 ㎛ 메시 체 및 38 ㎛ 메시 체를 통해 체질하였다. 53 ㎛ 메시 체를 통과하고 38 ㎛ 메시 체 위에 남은 입자 (이하, "분쇄된 페로센 (4)" 로 지칭) 를 소화제 제조용 물질로서 취했다. 분쇄된 페로센 (4) 에 대해서, 입자 크기 분포는 분쇄된 페로센 (2) 의 경우와 동일한 방식으로 측정하여 입자 크기 분포도를 작성했다. 획득한 입자 크기 분포도는 도 6 에 나타낸다.

도 6 의 결과로부터, 분쇄된 페로센 (4) 의 입자 크기 분포가 브로드 (broad) 형이며, 분쇄된 페로센 (4) 의 중앙값 직경은 21.5 ㎛ 인 것이 확인되었다.

(소화제의 제조)

100 mL 삼각 플라스크에, 분쇄된 페로센 (2), 분쇄된 페로센 (3), 또는 분쇄된 페로센 (4) 뿐 아니라, 물 (100 mL) 및 분산제로서 계면활성제 (1) 을 첨가했다. 생성 혼합물의 온도를 50 ℃ 로 조정한 후, 초음파 (40 kHz) 를 20 분간 조사하여 충분히 내용물을 분산시켜 균일한 분산물로서 소화제를 수득했다. 여기서, 표 2 에 나타낸 바와 같이, 분쇄된 페로센 (2), (3) 또는 (4) 의 첨가량은 분산물 중에서의 그의 농도가 100 ppm 이 되도록 조절하였다. 또한, 계면활성제 (1) 의 첨가량은 분산물 중에서의 농도가 0.4 중량 % 가 되도록 조절하였다. 계면활성제 (1) 의 임계 미셀 농도는 미리 de Douy 표면 장력계 (Ito Corporation 제작)를 이용하여 측정했다.

<소화제의 소화 능력 평가>

도 2 에 나타낸 평가 장치를 이용하여, 수득한 소화제의 소화 능력을 평가 장비 1 에 대해 하기의 변경을 행한 점을 제외하고는 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 평가했다: 연소물 홀더 (15) 의 내경 D 가 82 mm 인 것을 사용하고, (연소물 홀더 (15) 내) n-헵탄의 액면과 노즐 (14) 의 선단부와의 거리 H 를 60 cm 가 되도록 조절하였다. 이후, n-헵탄을 점화하고 10 초 동안 그대로 방치하여 화염을 안정시켰다. 상기 화염에, 상기에서 수득한 소화제를 노즐 (14) 를 통해 약 250 mL / min 의 유량으로 분사했다. 이후, 소화제 분사 개시 후 20 초까지 n-헵탄의 상태를 육안으로 관찰했다.

이상 소화 작업을 총 5 회 초과로 반복하여, 소화제의 소화 능력을 평가했다. 그 결과를 도 7 에 나타낸다.

[실시예 6]

표 2 에 나타낸 바와 같이, 계면활성제 (1) 대신에 계면활성제 (2) (Nissin Chemical Industry CO., Ltd. 사 제작 "Surfynol 485") 을 이용한 점을 제외한, 실시예 5 와 동일한 방식으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 5 에서와 동일한 방식으로 평가했다. 또한, 계면활성제 (2) 의 첨가량은 분산물 중에서의 그의 농도가 0.2 중량 % 가 되도록 조절하였다. 그 결과를 도 7 에 나타낸다.

[실시예 7]

표 2 에 나타낸 바와 같이, 계면활성제 (1) 대신에 계면활성제 (3) (Nissin Chemical Industry CO., Ltd. 사 제작 "Olfine E1020") 를 이용한 점을 제외하고 실시예 5 와 동일한 방법으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 5 에서와 동일한 방식으로 평가했다. 또한, 계면활성제 (3) 의 첨가량은 분산물 중에서의 그의 농도가 0.2 중량 % 가 되도록 조절하였다. 그 결과를 도 7 에 나타낸다.

[실시예 8]

표 2 에 나타낸 바와 같이, 계면활성제 (1) 대신에 계면활성제 (4) (Nissin Chemical Industry CO., Ltd. 사 제작 "Olfine PD201") 를 이용한 점을 제외하고 실시예 5 와 동일한 방법으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 5 에서와 동일한 방식으로 평가했다. 또한, 계면활성제 (4) 의 첨가량은 분산물 중에서의 그의 농도가 0.2 중량 %가 되도록 조절 하였다. 그 결과를 도 7 에 나타낸다.

[비교예 2]

통상의 소화제인 강화액 (주성분 : 탄산칼륨) 의 소화 능력을, 실시예 5 에서와 동일한 방식으로 평가했다. 그 결과를 도 7 에 나타낸다.

도 7 에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 5 에서는, 분쇄된 페로센 (2) 내지 (4) 중 어느 것을 사용하더라도 모든 소화 작업에서, 소화 시간의 차이가 거의 없었다 (차이가 적었다). 예를 들어, 분쇄된 페로센 (2) 를 이용한 경우, 최소 소화 시간은 0.8 초였고, 평균 소화 시간은 1.2 초였으며, 표준 편차 (SD) 는 0.4였다. 또한 분쇄된 페로센 (4) 를 이용한 경우, 평균 소화 시간은 1.2 초이며, 표준 편차 (SD) 는 0.4 였다. 분쇄된 페로센 (2) 내지 (4) 의 소화 시간에 차이가 거의 관찰되지 않았기 때문에, 페로센이 충분히 분산되어있는 한, 페로센의 입자 크기는 소화제의 소화 능력에 영향을 미치지 않는다는 점이 확인되었다.

한편, 실시예 6 내지 8 각각에서, 실시예 5 의 것 보다, 소화 시간에 있어서 차이가 보였지만, 화재는 모든 소화 작업에서 살포 개시 20 초 이내에 신속하게 진화될 수 있었다. 또한, 어떠한 데이타도 페로센의 입자 크기가 소화제의 소화 능력에 영향을 주고 있음을 시사하지 못했다.

실시예 6 내지 8 에서, 분쇄된 페로센의 분산 정도가 클수록, 소화 시간의 차이가 억제되는 것이 확인되었다.

한편, 비교예 2 에서, 평균 소화 시간은 12.9 초이고, 표준 편차 (SD) 는 5.9 이며, 이로써 비교예 2 의 소화 능력이 실시예 5 내지 8 의 소화 능력보다 명확하게 떨어진다는 점이 시사되었다.

분쇄된 페로센 (2) 내지 (4) 를 이용하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 5 내지 8 과 동일한 방식으로 소화제를 제조하고, 그의 소화 능력을 실시예 5 에서와 동일한 방식으로 평가했다. 그 결과, 소화 작업 모두에서 살포 개시 후 20 초 이내에 소화하지 못하고, 이 때문에 계면활성제 (1) 내지 (4) 가 소화 능력을 가지고 있지 않은 것으로 확인되었다.

[실시예 9] <소화제 제조 및 그의 소화 능력 평가>

표 3 에 나타낸 바와 같이, 100 mL 삼각 플라스크에, 분쇄된 페로센 (2), 분쇄된 페로센 (3), 또는 분쇄된 페로센 (4) 뿐 아니라 물 (100 mL) 및 분산제로서 계면활성제 (1), 계면활성제 (2), 계면활성제 (3) 또는 계면활성제 (4) 를 첨가하였다. 생성 혼합물의 온도를 30℃, 40℃ 또는 50℃ 로 조절한 후, 초음파 (40 kHz) 를 20 분간 조사하여 소화제를 수득했다. 각 분쇄된 페로센 (2) 내지 (4) 의 첨가량은 분산물 중에서의 그의 농도가 20 ppm 이 되도록 조절하였다. 또한, 계면활성제 (1) 내지 (4) 의 각 첨가량은 분산물 중에서의 그의 농도가 임계 미셀 농도 (cmc) 의 1 배, 2 배 또는 5 배가 되도록 조절하였다.

계면활성제 (1) 내지 (4)의 임계 미셀 농도는 미리 du Nouy 표면 장력계를 이용하여 측정했다.

이어서, 제조 직후의 소화제를 실온에서 20 분간 정치하였고, 그 후 소화제를 육안으로 관찰하여, 페로센 (분쇄된 페로센 (2) ~ (4)) 의 분산성을 아래 기준에 따라 평가했다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다.

(분산성의 평가 기준)

○ : 페로센이 안정적으로 분산되었다.

△ : 약간의 양의 페로센이 침전되었지만, 평가 가능한 분산액을 수득할 수 있었다.

× : 초음파 조사에 의해 페로센이 분산되지 않았다.

[실시예 10]

표 4 에 나타낸 바와 같이 조건을 변경한 점을 제외하고는 실시예 9 와 동일한 방식으로 소화제를 제조하고, 페로센의 분산성을 평가했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

[실시예 11]

표 5 에 나타낸 바와 같이 조건을 변경한 점을 제외하고는 실시예 9 와 동일한 방식으로 소화제를 제조하고, 페로센의 분산성을 평가했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

[실시예 12]

표 6 에 나타낸 바와 같이 조건을 변경한 점을 제외하고는 실시예 9 와 동일한 방식으로 소화제를 제조하고, 페로센의 분산성을 평가했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

표 3 내지 6 에서 알 수 있듯이, 분산제를 어떤 것을 사용하든지 간에, 50 ℃ 의 분산 온도에서 페로센의 분산성은 대체로 만족스러웠다. 추가로, 어떤 분산제를 사용하던지 간에, 페로센의 입자 크기가 작은 것이 (즉, 분쇄된 페로센 (1), 분쇄된 페로센 (2), 분쇄된 페로센 (3) 의 순으로) 페로센의 분산성이 더 큰 경향을 보였다. 더욱이, 분산제를 어떤 것을 사용하던지간에, 분산제의 농도가 높은 쪽이, 페로센의 분산성이 더 큰 경향을 보였다. 이와 같이, 사용한 분산제가 어떠한 경우에도, 페로센의 입자 크기, 분산제의 농도 및 분산 온도 중 하나 이상을 조절하는 것으로써, 페로센의 분산성을 제어할 수 있는 것을 확인하였다.

[실시예 13] <소화제의 제조> (페로센 분쇄)

시판중의 페로센을 마노 막자사발에서 분쇄하였다. 생성된 페로센 입자를 250 ㎛ 메시 체에 거르고, 추가로 180 ㎛ 메시 체에 체질했다. 후자의 체에 남은 입자 (이하, "분쇄된 페로센 (5)" 로 지칭) 을 소화제 제조용 물질로서 취하였다. 분쇄된 페로센 (5) 의 중앙값 직경을 실시예 1 과 동일한 방식으로 측정하고, 이것이 30.9 ㎛ 였음을 확인하였다.

(소화제의 제조)

분쇄된 페로센 (5) 및 황산 암모늄 (중앙값 직경 : 22.2 ㎛) 를 볼 밀로써 균일하게 혼합하여, 표 7 에 나타낸 바와 같이 다른 페로센 농도를 갖는 소화제를 제조했다.

<소화제의 소화 능력 평가>

황산 암모늄만 또는 수득한 소화제 1.0 kg 을, 시판 ABC 분말 소화기 (가압식) (모델 번호 YP-4, Yamato Protec Corporation 사제) 에 충전하여, 소화제의 소화 능력을 평가했다.

소화기의 기술상 기준을 정하는 법령 (1964 년 9 월 17 일 Ordinance of the Ministry of Home Affairs No. 27) 에 준거한 하기의 모형을 이용하여 소화 시험을 실시했다.

화염 모형 B-1 : 0.2 ㎡ 의 화로, 연료로서 n- 헵탄,

화염 모형 A-0.5 : 향나무 재목 (cedar) × 36

연소 중의 모형과 소화기 노즐 (14) 의 선단부와의 거리를 1 ~ 2 m 로 설정하고, 모형을 향해 소화제를 분사하여 화재 소화 여부를 평가했다. 10 초 이내에 소화할 수 있고, 재연되지 않는 경우, 완전히 소화된 것으로 판정했다. 그 결과를 하기로 분류한다: 소화할 수 있는 경우를 ○, 및 소화할 수 없었던 경우는 ×. 상기 결과를 표 7 에 나타낸다.

산업적 이용가능성

본 발명은 소화제 분야에서 이용 가능하다.

1 평가 장치
11 소화제 홀더
12 펌프
13 배관
14 노즐
15 연소물 홀더
θ 노즐을 통해 분사된 소화제의 확산 각도
H 액체 가연물의 액면과 노즐의 선단부와의 거리
D 연소물 홀더의 내경

Claims (12)

1. 메탈로센 및 분산 매질을 포함하는 소화제로서, 상기 메탈로센이 분산 매질 중에 분산되어 있는 소화제.
2. 제 1 항에 있어서, 메탈로센이 페로센인 소화제.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 메탈로센의 농도가 70 중량 ppm 내지 20 중량 % 인 소화제.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 분산 매질이 불연성 액체 및 불연성 분말로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 멤버인 소화제.
5. 분산 매질이 불연성 액체이고, 메텔로센의 농도는 70 내지 160 중량 ppm 인 소화제.
6. 제 5 항에 있어서, 분산 매질이 물이고, 분산제를 추가로 포함하는 소화제.
7. 제 6 항에 있어서, 분산제가 비이온성 계면활성제인 소화제.
8. 제 7 항에 있어서, 비이온성 계면활성제의 농도가 임계 미셀 농도의 1 내지 7 배인 소화제.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 세로축에서의 소화제 탁도 값의 역수에 대해 가로축에서의 소화제 제조 후 시간을 플롯팅함으로써 수득된 기울기로 나타낸 소화제 중 메탈로센의 분산 안정도가 1 내지 20 인 소화제.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 분산 매질은 불연성 분말이고, 메탈로센의 농도는 550 중량 ppm 내지 20 중량 % 인 소화제.
11. 제 10 항에 있어서, 분산 매질이 황산암모늄, 황산마그네슘, 황산칼륨, 인산 2수소 암모늄, 인산 수소 2암모늄, 인산칼륨, 염화나트륨, 염화칼륨, 산화 마그네슘, 이산화규소 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 멤버인 소화제.
12. 연소물에 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 소화제를 공급하는 것을 포함하는 소화 방법.

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