WO2024253418A1 - 조성물 - Google Patents

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WO2024253418A1
WO2024253418A1 PCT/KR2024/007688 KR2024007688W WO2024253418A1 WO 2024253418 A1 WO2024253418 A1 WO 2024253418A1 KR 2024007688 W KR2024007688 W KR 2024007688W WO 2024253418 A1 WO2024253418 A1 WO 2024253418A1
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김장환
이승민
이홍찬
정진미
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries

Definitions

  • compositions, digestive devices and uses thereof discloses compositions, digestive devices and uses thereof.
  • heat-generating elements The importance of technology to handle heat generated from products is increasing, but it is difficult to handle, manage, and control heat in products composed of multiple heat-generating elements (heat-generating elements).
  • TR Thermal Runaway
  • TP Thermal Propagation
  • a battery module or a battery pack includes a plurality of battery cells or a plurality of battery modules, which are positioned relatively adjacent to each other.
  • TR Thermal Runaway
  • TP Thermal Propagation
  • a phenomenon in which abnormal heat generation, ignition, and/or explosion that occurs in one battery cell and/or battery module is transmitted in a chain to other adjacent battery cells is called the TR or TP phenomenon.
  • This chain ignition or chain explosion caused by the TR or TP phenomenon must be managed from the perspective of safety.
  • a battery cell may undergo significant volume expansion during the charging or use process, and when the volume expansion occurs, if the extinguishing agent present adjacent to it is in a solid state, it cannot effectively respond to stresses, etc. due to the volume expansion.
  • the digestive material is applied in a liquid form and then converted to a solid form by being exposed to a low-temperature environment, volume or hardness changes may occur during the process, which may have a negative effect on adjacent products.
  • the extinguishing agent may be vaporized in order to perform the extinguishing function.
  • water when water is used as a extinguishing agent, if it is vaporized and converted into water vapor by the heat of abnormal heating, ignition, and/or explosion, it can perform the extinguishing function quickly over a wider range.
  • the water becomes a solid state such as ice in a low-temperature environment, the efficiency of the vaporization may decrease.
  • the present disclosure relates to a composition, a fire extinguishing device and uses thereof.
  • the composition may be a fire extinguishing composition.
  • the present disclosure aims to disclose a composition, a fire extinguishing device and uses thereof, which can be applied to products or elements that have a possibility of heat generation, ignition and/or explosion during operation, storage and/or maintenance, and can effectively respond to said heat generation, ignition and/or explosion.
  • the fire extinguishing composition or the fire extinguishing device can be applied to an article including a plurality of the products or elements, and can respond to abnormal heat generation, explosion and/or ignition occurring in one of the elements or products, and prevent or minimize the spread of such heat generation, explosion and/or ignition to other adjacent elements or products.
  • the present specification also aims to disclose a substantially non-flammable and non-toxic fire extinguishing composition and a fire extinguishing device comprising the same.
  • the present specification also aims to provide uses of the above digestive device.
  • room temperature means the natural temperature that is not heated or cooled, and for example, room temperature can be any temperature within the range of about 10°C to 30°C, or about 23°C or about 25°C or about 27°C.
  • properties that are affected by the measurement temperature are properties measured at room temperature, unless otherwise specified.
  • atmospheric pressure refers to the natural pressure that is neither pressurized nor depressurized, and can typically mean a pressure of about 730 mmHg to 790 mmHg.
  • properties that are affected by the measurement pressure are properties measured at atmospheric pressure, unless otherwise specified.
  • properties that are affected by the measured humidity are properties measured at standard humidity, unless otherwise specified.
  • Standard humidity means a relative humidity within the range of 40% to 60%, for example, a relative humidity of about 55% or about 60%.
  • composition may mean a mixture of two or more different components.
  • the composition may be a fire extinguishing composition.
  • a fire extinguishing composition is a composition capable of responding to abnormal heat, ignition, and explosion.
  • extinguishing does not necessarily mean the function of extinguishing fire, but includes all functions that additionally respond to the above-mentioned abnormal heating, ignition and/or explosion while including the above-mentioned fire extinguishing function.
  • non-flammable in this specification may mean that the target material does not have a flash point, and means that it has a flash point of 120°C or higher, which is sufficient to cause exotherm, ignition, and/or explosion.
  • non-toxic in this specification means that it is friendly to the environment and human body by emitting little or no toxic gases.
  • composition can be formulated to be non-flammable and friendly to the environment and the human body.
  • the composition may have a flammability rating of 0 or 1 according to the National Fire Protection Association (NFPA) 704 standard.
  • the NFPA 704 standard is a standard announced by the National Fire Protection Association (NFPA), and is a standard expressed as a so-called fire diamond that was created to enable a rapid response to hazardous materials in an emergency situation, and the flammability rating is indicated by a red area.
  • the standard is classified into grades 0, 1, 2, 3, and 4, among which grade 0 means no flammability, and grade 1 means a case where it ignites when sufficiently heated, and has a flash point of approximately 93°C or higher.
  • the evaluation method of this flammability rating follows the NFPA (National Fire Protection Association) 704 standard.
  • the composition may exhibit non-flammability having a flammability rating of 0 or 1 according to the National Fire Protection Association (NFPA) 704 standard.
  • the composition may have a health hazard rating of 0, 1, or 2 according to the National Fire Protection Association (NFPA) 704 standard.
  • the health hazard rating is indicated by the blue area in the fire diamond of the NFPA 704 standard.
  • the standard is classified into levels 0, 1, 2, 3, and 4, where level 0 means that there is no health hazard and no special precautions are required, level 1 means that there is a possibility of causing minor injury upon exposure, and level 2 means that there is a possibility of causing temporary disability or injury upon continuous/normal contact but not chronic contact.
  • each component constituting the above composition may also use a substance exhibiting the above flammability and/or health hazard grade.
  • the composition includes a solvent having a fire extinguishing function.
  • the fire extinguishing composition may have a lower freezing point than the freezing point of the solvent.
  • the vaporizable solvent described below generally exhibits an appropriate fire extinguishing function, but has a relatively high freezing point, and therefore, it is difficult to maintain the fire extinguishing composition in a liquid state in a low temperature environment.
  • a fire extinguishing composition containing a sufficient amount of the vaporizable solvent while having a low freezing point can be provided.
  • the composition may include a solvent.
  • the solvent has the fire extinguishing function. Therefore, the solvent may be used to reduce heat by heat exchange or the like when the heat generation, ignition, and/or explosion occurs in an object adjacent to the composition, or to remove a flame generated by the ignition and/or explosion.
  • the solvent may correspond to a vaporizable solvent.
  • a vaporizable solvent is a solvent that can be vaporized under certain temperature and/or pressure conditions.
  • composition disclosed herein may be formed such that the vaporization of the solvent occurs at a time when the above-described vaporization is necessary, for example, at a time when the above-described abnormal heat generation, ignition, and/or explosion occurs or is at risk of occurring, and the form of the vaporization is formed to be a form suitable for the above-described abnormal heat generation, ignition, and/or explosion.
  • the gas emitted to the outside by the above-described vaporization can quickly exhibit the above-described fire extinguishing function in a wider range.
  • a solvent having a freezing point and/or boiling point within a certain range can be used.
  • the freezing point and boiling point mentioned in this specification are the freezing point and boiling point under 1 atm unless specifically specified otherwise.
  • the lower limit of the freezing point of the vaporizable solvent may be about -10°C, -8°C, -6°C, -5°C, -4°C, -3°C, -2°C, -1°C or 0°C
  • the upper limit may be about 10°C, 9°C, 8°C, 7°C, 6°C, 5°C, 4°C, 3°C, 2°C or 1°C.
  • the freezing point may be within a range that is equal to or less than any one of the above-described upper limits; within a range that is equal to or greater than any one of the above-described lower limits; or within a range that is equal to or greater than any one of the above-described lower limits and equal to or less than any one of the above-described upper limits.
  • the above-described vaporizable solvent may have a boiling point within a certain range in order to exhibit appropriate vaporization properties.
  • the lower limit of the boiling point of the above-described vaporizable solvent may be about 80°C, 85°C, 90°C, or 95°C
  • the upper limit may be about 120°C, 115°C, 110°C, or 105°C.
  • the boiling point may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and less than or equal to any one of the upper limits described above.
  • the freezing point and/or boiling point may be adjusted according to the application use of the fire extinguishing device described below.
  • any suitable type can be selected and used without particular limitation as long as it has a freezing point and/or boiling point within the above-mentioned range.
  • the solvent can be selected from known solvents that are non-flammable or emit little or no toxic gases.
  • a representative example of a vaporizable solvent having a freezing point and/or boiling point within the above range is water, and accordingly, water can be used as the vaporizable solvent of the composition, but the types of applicable vaporizable solvents are not limited to the above.
  • the lower limit of the content of the vaporizable solvent in the composition can be about 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, 35 wt%, 40 wt%, 45 wt%, 50 wt% or 55 wt%
  • the upper limit can be about 95 wt%, 90 wt%, 85 wt%, 80 wt%, 75 wt%, 70 wt%, 65 wt% or 60 wt%.
  • the ratio can be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the solvent included within these ranges can effectively function under various exothermic, ignition and/or explosive environments.
  • the above-mentioned digestive composition may include the above-mentioned vaporizable solvent and exhibit a lower freezing point than the above-mentioned vaporizable solvent.
  • the lower limit of the freezing point of the fire extinguishing composition may be about -60°C, -55°C, -50°C, -45°C, -40°C, -35°C, -30°C, or -25°C
  • the upper limit may be about -20°C, -25°C, or -30°C.
  • the freezing point may be within a range that is lower than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is higher than or equal to any one of the lower limits described above; or within a range that is higher than or equal to any one of the lower limits described above and lower than or equal to any one of the upper limits described above.
  • the fire extinguishing composition is stably maintained in a liquid phase at a constant low temperature, and can effectively and quickly respond to fever, ignition, and/or explosion, and can prevent adverse effects on surrounding elements or products due to volume change or hardness change due to phase change.
  • the above composition may contain additional components to secure the above freezing point.
  • the composition may include a freezing point regulator.
  • freeze point regulator may mean a component whose presence causes the freezing point of the fire extinguishing composition described above to be achieved. While there are a variety of substances known to be capable of controlling the freezing point, these substances may be flammable or may generate toxic gases.
  • the composition disclosed herein may include a non-flammable and/or non-toxic freeze point regulator.
  • the above freezing point regulator may be radically reactive.
  • the freezing point regulator decomposes and can combine with active radicals of a combustible substance, such as a H free radical or an OH free radical, to form a stable product.
  • a combustible substance such as a H free radical or an OH free radical
  • K 2 CO 3 potassium carbonate
  • HCOOK potassium formate
  • CH 3 COOK potassium acetate
  • K* potassium radical
  • K* can combine with OH to form a stable product, such as KOH.
  • such a freezing point regulator having radical reactivity can effectively act against exotherm, ignition, and/or explosion.
  • the freezing point regulator may be a gas-generating freezing point regulator.
  • the freezing point regulator may decompose when heat is applied to generate gas.
  • the freezing point regulator may also function as a gas-generating substance, which will be described later.
  • the freezing point regulator of the present specification may be non-toxic in the gas generated after exposure to the freezing point regulator for 8 hours.
  • the freezing point regulator may use a component that does not contain a specific functional group in order to exhibit non-flammability and/or non-toxicity.
  • the freezing point regulator containing a specific component or functional group may be flammable and/or toxic, and may be included in the composition to form a flammable and/or toxic composition.
  • the components containing the above components or functional groups may generate known toxic gases, such as chlorine gas, ammonia gas, and gas containing halogen elements such as hydrofluoric acid.
  • the freezing point regulator of the present specification may use, for example, components that do not contain a hydroxyl group and/or chlorine, and may also use components that generate other sulfurous acid gas, ammonia, and ethylene oxide, or components that do not contain components that generate the above components.
  • components that do not contain halogen elements such as hydrofluoric acid may be used.
  • the amount of the freezing point regulator added can be adjusted in consideration of the freezing point of the desired fire extinguishing composition and the form of vaporization when necessary.
  • the freezing point regulator can be present in an amount such that ⁇ T2 of the following formula 2 is within a predetermined range.
  • M2 is the molal concentration of the freezing point regulator included in the composition with respect to the solvent. That is, the M2 is the number of moles of the freezing point regulator per 1 kg of the solvent.
  • I2 is the number of moles of ions generated when 1 mole of the ionic compound is dissociated when the freezing point regulator is an ionic compound.
  • dissociation means when the ionic compound is completely dissociated.
  • the I2 is 1.
  • ⁇ T2 is calculated for each freezing point regulator and added to obtain ⁇ T2 in Equation 2.
  • the above ⁇ T2 is selected in consideration of the target freezing point and the form of vaporization when necessary.
  • the lower limit of the above ⁇ T2 may be about 5, 10, 15, or 20, and the upper limit may be about 38, 35, 30, 25, 20, or 15.
  • the above ⁇ T2 may be within a range that is lower than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is higher than or equal to any one of the lower limits described above; or within a range that is lower than or equal to any one of the upper limits described above and higher than or equal to any one of the lower limits described above. In this range, the composition can be formed so that it is maintained in a liquid state at a necessary point in time, and vaporizes when vaporization is necessary, and the vaporization can occur very quickly.
  • the lower limit of the weight part of the above freezing point regulator relative to 100 parts by weight of the above vaporizable solvent may be about 1 part by weight, 2 parts by weight, 3 parts by weight, 4 parts by weight, 5 parts by weight, 6 parts by weight, 7 parts by weight, 8 parts by weight, 9 parts by weight, 10 parts by weight, 11 parts by weight, 12 parts by weight, 13 parts by weight, 14 parts by weight, 15 parts by weight, 16 parts by weight, 17 parts by weight, 18 parts by weight, 19 parts by weight, 20 parts by weight, 21 parts by weight, 22 parts by weight, 23 parts by weight, 24 parts by weight, 25 parts by weight, 26 parts by weight, 27 parts by weight, 28 parts by weight, 29 parts by weight, 30 parts by weight, 35 parts by weight, 40 parts by weight, 45 parts by weight, 50 parts by weight or 55 parts by weight, and the upper limit may be about 100 parts by weight, 95 parts by weight, 100 parts by weight, 110 parts by weight, 120 parts by weight, 130 parts by weight, 140 parts by weight, 150 parts by weight, 160
  • the ratio can be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is more than or equal to any one of the lower limits described above; or within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above and more than or equal to any one of the lower limits described above.
  • an ionic compound can be used as the above freezing point regulator.
  • the category of ionic compounds referred to herein includes substances that are ionic in themselves or can generate ions, such as salts.
  • the above-mentioned freezing point regulator may be a non-flammable ionic compound or an ionic compound having a flash point of 120°C or higher.
  • a non-flammable ionic compound may mean a compound whose flash point is not confirmed when evaluated in the manner described in “12. Flammability Evaluation” of the Examples section of this specification. In addition, the flash point is also evaluated in the manner described in “12. Flammability Evaluation”. When the ionic compound has a flash point of 120°C or higher, there is no particular limitation on the upper limit of the flash point.
  • the ionic compound disclosed in this specification has a flash point of a certain level or higher and does not ignite when abnormally heated, ignited, and/or exploded, there is no limitation on the upper limit of the flash point, and for example, the upper limit of the flash point may be about 1,000°C or 500°C.
  • non-flammable ionic compounds or ionic compounds having a flash point of 120°C or higher that can be applied as a freezing point regulator
  • at least one selected from the group consisting of formates, acetates, carbonates, and sulfates can be exemplified.
  • at least one of substances consisting of sodium acetate (CH 3 COONa), sodium formate (HCOONa), potassium acetate (CH 3 COOK), potassium formate (HCOOK), calcium formate ((HCOO) 2 Ca), magnesium formate ((HCOO) 2 Mg), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) can be used as the freezing point regulator.
  • the above freezing point regulator may suitably have a certain level of solubility in the above volatile solvent.
  • the degree of freedom in the amount of the freezing point regulator added is increased, and accordingly, an amount of the freezing point regulator added that can secure the desired freezing point while improving the extinguishing function without hindering it can be selected.
  • the lower limit of the solubility of the freezing point regulator at 0°C in 100 g of the vaporizable solvent or water is 20 g, 25 g, 30 g, 35 g, 40 g, 45 g, 50 g, 55 g, 60 g, 65 g, 70 g, 75 g, 80 g, 85 g, 90 g, 95 g, 100 g, 110 g, 115 g, 120 g, 125 g, 130 g, 135 g, 140 g, 145 g, 150 g, 155 g, 160 g, 165 g, 170 g, 175 g, 180 g, 185 g, 190 g, 195 g, 200 g, 205 g, 210 g or It can be around 215 g, and the upper limit is 1,000 g, 900 g, 800 g, 700 g, 600 g, 500 g, 400 g, 300 g, 250 g, 245 g,
  • the solubility can be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the solubility is the weight (g) of the freezing point regulator that can be dissolved at most in 100 g of water at 0°C, and this is evaluated in the manner described in “2. Solubility Evaluation” of the Examples section of this specification.
  • the lower limit of the solubility of the above freezing point regulator at 25°C in 100 g of the vaporizable solvent or water is 75 g, 80 g, 85 g, 90 g, 95 g, 100 g, 110 g, 115 g, 120 g, 125 g, 130 g, 135 g, 140 g, 145 g, 150 g, 155 g, 160 g, 165 g, 170 g, 175 g, 180 g, 185 g, 190 g, 195 g, 200 g, 205 g, 210 g, 215 g, 225 g, 230 g, 235 g, 240 g, 255 g, 260 g, 265 g, 270 g, 275 g, 280 g, 285 g, 290 g, 295 g, 300 g, 305 g, 310 g, 315 g or 320 g, and its upper limit is 1,000
  • the solubility may be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the above solubility is the weight (g) of the freezing point regulator that can be dissolved at most in 100 g of water at 25°C, and is evaluated in the manner described in “2. Solubility Evaluation” of the Examples section of this specification.
  • a component having a molar weight within a predetermined range can be used.
  • the freezing point of the overall composition can be adjusted to a desired level while maintaining and improving the functions (e.g., extinguishing function) of other components of the fire extinguishing composition.
  • the lower limit of the molar mass of the freezing point regulator may be about 10 g/mol, 15 g/mol, 20 g/mol, 25 g/mol, 30 g/mol, 35 g/mol, 40 g/mol, 45 g/mol, 50 g/mol, 55 g/mol, 60 g/mol, 65 g/mol, 70 g/mol, 75 g/mol, 80 g/mol, 85 g/mol, 90 g/mol or 95 g/mol
  • the upper limit may be about 300 g/mol, 250 g/mol, 200 g/mol, 150 g/mol, 145 g/mol, 140 g/mol, 135 g/mol, 130 g/mol, 125 g/mol, 120 g/mol, 115 g/mol, 110 g/mol, 105 g/mol, 100 g/mol, 95 g/mol, 90 g/mol, 85 g/mol, 80 g/mol, 75 g/mol, 70
  • the above composition may contain other ionic compounds in addition to the ionic compound used as the freezing point regulator.
  • the ionic compound may be present so that ⁇ T1 of the following formula 1 is within a predetermined range.
  • M1 is the molal concentration of all ionic compounds included in the composition with respect to the solvent. That is, M1 is the number of moles of the ionic compound per 1 kg of the solvent.
  • I1 is the number of moles of ions produced when 1 mole of the ionic compound is dissociated.
  • dissociation means when the ionic compound is completely dissociated.
  • ⁇ T1 is calculated for each ionic compound and added to obtain ⁇ T1 in Equation 1.
  • the above ⁇ T1 is selected in consideration of the target freezing point and the form of vaporization when necessary.
  • the lower limit of the above ⁇ T1 may be about 5, 10, 15, 20, 22, or 24, and the upper limit may be about 40, 35, 30, 25, or 20.
  • the above ⁇ T1 may be within a range that is lower than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is higher than or equal to any one of the lower limits described above; or within a range that is lower than or equal to any one of the upper limits described above and higher than or equal to any one of the lower limits described above. In this range, the composition can be formed so that it is maintained in a liquid state at a necessary time, and vaporizes when vaporization is necessary, so that the vaporization can occur very quickly.
  • the above composition can be controlled so that the ratio ⁇ T2/ ⁇ T1 of the above formula 2 to the above ⁇ T1 is within a predetermined range.
  • the lower limit of the ratio ⁇ T2/ ⁇ T1 may be about 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8 or 0.85, and the upper limit may be about 1, 0.95, 0.9, 0.85, 0.8, 0.75 or 0.7.
  • the ratio ⁇ T2/ ⁇ T1 may be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or less than any one of the upper limits described above and equal to or greater than any one of the lower limits described above. In this range, the composition can be formulated so that it is maintained in a liquid state at a necessary point in time, and vaporizes at a necessary point in time, and so that the vaporization can occur very quickly.
  • composition can also be formulated so that ⁇ T3 of the following formula 3 is within a predetermined range.
  • M3 is the molal concentration of all alcohols included in the extinguishing composition with respect to the volatile solvent. In other words, M3 is the number of moles of alcohol per 1 kg of the solvent.
  • ⁇ T3 is calculated for each alcohol and the sum thereof is used as ⁇ T3 in Equation 3.
  • the upper limit of ⁇ T3 may be about 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, or 0, and its lower limit may be about 0.
  • the ⁇ T3 may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above and greater than or equal to any one of the lower limits described above.
  • ⁇ T3 being within the above range means that alcohol is substantially absent in the composition.
  • Alcohol for example, ethylene glycol, is a substance that has been used as an additive for controlling freezing points in the past, but in the properties of the fire extinguishing composition disclosed herein, it does not exhibit an appropriate freezing point controlling effect, does not appropriately control the form of vaporization, and may impart flammability and/or toxicity to the composition. Therefore, it is appropriate to control it within the above ⁇ T3 range.
  • the above-described extinguishing composition may contain, as an additional component, for example, a carbonizable organic substance.
  • the carbonizable organic substance is an organic substance that is carbonized to form a carbide when exposed to a flame or heat at a predetermined temperature.
  • the carbide formed by such an organic substance is often porous and may have an insulating function accordingly. Accordingly, when the composition is exposed to heat generation, ignition, or explosion, the organic substance may form an appropriate carbide to exhibit an insulating function.
  • the porous carbide may be formed more effectively through the action of gas generated from the gas-generating substance in the process of the organic substance forming a carbide when exposed to the heat generation, ignition, or explosion.
  • any suitable type may be applied without special restrictions as long as it is a substance that forms carbon when exposed to heat or flame.
  • a type that is non-flammable or emits little or no toxic gas may be selected from known organic matter.
  • organic substances include sugars such as sorbitol or mannitol, polysaccharides such as starch or dextrins (e.g., MC (maleated cyclodexdrin) or metal salts of MC), polyhydric alcohols such as pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol or THEIC (tris(hydroxyethyl)isocyanurate), cellulose, BSPPO (bi(4-methoxy-1-phospha-2,6,7-trioxabicyclo[2.2.2]-octan-1-sulfide)phenylphosphate), lignin (alkali lignin or urea modified lignin), melamine compounds such as methylol melamine, phenol-formaldehyde. Examples thereof include, but are not limited to, charforming polymers such as phenol-formaldehyde resins and/or poly-hexa m
  • a representative material that can be applied as the above carbonizable organic material is starch.
  • Starch is relatively easy to obtain and can form an appropriate carbonized substance when exposed to heat or flame.
  • the type of starch can be controlled.
  • the starch includes amylose and amylopectin, and although it is not particularly limited, starch whose ratio is controlled to an appropriate level can be used.
  • the starch may include amylose and amylopectin, and starch having an appropriate ratio thereof may be used.
  • amylopectin and amylose are a type of polysaccharide mainly found in plants, and starch among the polysaccharides is composed of amylose and amylopectin.
  • Amylose is composed of glucose molecules linked by ⁇ (1 ⁇ 4) glycosidic bonds and has a linear chain structure, whereas amylopectin has a relatively short and highly branched chain. Amylose is relatively easily crystallized compared to amylopectin, and amylopectin has relatively high solubility in water compared to amylose.
  • the desired composition can be more efficiently provided by using starch in which amylose and amylopectin having the above characteristics exist in an appropriate ratio.
  • the lower limit of the weight ratio of the amylopectin to 100 parts by weight of the amylose may be about 150 parts by weight, 200 parts by weight, 250 parts by weight, or 300 parts by weight
  • the upper limit may be about 900 parts by weight, 850 parts by weight, 800 parts by weight, 750 parts by weight, 700 parts by weight, 650 parts by weight, 600 parts by weight, 550 parts by weight, 500 parts by weight, 450 parts by weight, 400 parts by weight, 350 parts by weight, or 300 parts by weight.
  • the ratio may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; Or it may be within a range between any one of the upper limits described above and less than or equal to any one of the lower limits described above and greater than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the ratio of amylose to amylopectin can be measured according to the method described in the Examples section of this specification.
  • starch having a molecular weight for example, a weight average molecular weight (Mw) within a predetermined range
  • Mw weight average molecular weight
  • the lower limit of the weight average molecular weight of the starch is 200,000 g/mol, 250,000 g/mol, 300,000 g/mol, 350,000 g/mol, 400,000 g/mol, 450,000 g/mol, 500,000 g/mol, 550,000 g/mol, 600,000 g/mol, 650,000 g/mol, 700,000 g/mol, 750,000 g/mol, 800,000 g/mol, 850,000 g/mol, 900,000 g/mol, 950,000 g/mol, 1,000,000 g/mol, 1,500,000 g/mol, 2,000,000 g/mol, 2,500,000 g/mol, 3,000,000 g/mol, 3,500,000 g/mol, 4,000,000 g/mol, 4,500,000 g/mol, 5,000,000 g/mol, 5,500,000 g/mol, 6,000,000 g/mol,
  • the molecular weight can be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above and greater than or equal to any one of the lower limits described above.
  • Starch having the molecular weight (Mw) as described above can form a carbide having a desired function (e.g., an insulating function) more effectively when exposed to heat or flame.
  • the lower limit of the weight ratio of the carbonizable organic material to 100 parts by weight of the vaporizable solvent in the digestive composition may be about 1 part by weight, 2 parts by weight, 3 parts by weight, 4 parts by weight, 5 parts by weight, 6 parts by weight, 7 parts by weight, 8 parts by weight, 9 parts by weight, or 10 parts by weight
  • the upper limit may be about 100 parts by weight, 90 parts by weight, 80 parts by weight, 70 parts by weight, 60 parts by weight, 50 parts by weight, 40 parts by weight, 30 parts by weight, 20 parts by weight, 10 parts by weight, 5 parts by weight, or 3 parts by weight.
  • the ratio may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; Or it may be within a range between any one of the upper limits described above and less than or equal to any one of the upper limits described above and greater than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the carbonizable organic material included in this proportion can effectively form carbonized materials when necessary in the composition, and can enable the composition to have excellent handling properties and storage stability overall.
  • the composition may further include, for example, a fire extinguishing agent as an additional component to secure an appropriate fire extinguishing function.
  • the fire extinguishing agent may promote the carbonization of the carbonizable organic matter and/or the gas generation of the gas-generating substance described below.
  • the fire extinguishing agent may form an acid or an acid-based salt or ion at high temperature, and such a component may play a role in promoting the carbonization and gas generation process.
  • the carbonized material may be provided with flame retardancy, or a component may be formed that exhibits flame retardancy on its own.
  • the fire extinguishing agent described below may form a phosphoric acid-based substance by decomposition at high temperature, and such a substance may be polymerized to have flame retardancy. Accordingly, the fire extinguishing agent may be included in the composition so that the composition can respond to abnormal heating, ignition, and/or explosion.
  • such a substance have a certain level or higher of solubility in the solvent (e.g., water).
  • solubility in the solvent e.g., water
  • coagulation or phase separation can not occur within the composition, and the formation of the carbonized material and/or the formation of the flame retardant can proceed more effectively.
  • the lower limit of the solubility of the extinguishing agent can be about 5 g, 10 g, 15 g, 20 g, 25 g, 30 g, 35 g or 40 g
  • the upper limit can be about 1000 g, 900 g, 800 g, 700 g, 600 g, 500 g, 400 g, 300 g, 200 g, 100 g, 90 g, 80 g, 70 g, 60 g, 50 g, 40 g or 30 g.
  • the solubility may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or greater than or equal to any one of the lower limits described above; or less than or equal to any one of the upper limits described above and greater than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the solubility is the weight (g) of the extinguishing agent that can be dissolved at most in 100 g of water at 25°C, and is evaluated in the manner described in “2. Solubility Evaluation” of the Examples section of this specification.
  • the above-mentioned extinguishing agent those having the above-mentioned solubility can be appropriately selected and used, and examples thereof include phosphoric acid, phosphate, and other phosphoric acid compounds, phosphonate compounds, or phosphate compounds.
  • the above-mentioned extinguishing agent may be, for example, primary or secondary ammonium phosphate, urea phosphate, guanyl urea phosphate, or ammonium polyphosphate, and one or more of the above may be selected and used.
  • the above-mentioned extinguishing agent may be a non-flammable or a type that emits little or no toxic gas from among known extinguishing agents.
  • the lower limit of the weight ratio of the extinguishing agent to 100 parts by weight of the vaporizable solvent may be about 1 part by weight, 2 parts by weight, 3 parts by weight, 4 parts by weight, 5 parts by weight, 6 parts by weight, 7 parts by weight, 8 parts by weight, 9 parts by weight, 10 parts by weight, 11 parts by weight, 12 parts by weight, 13 parts by weight, 14 parts by weight, 15 parts by weight, 16 parts by weight, 17 parts by weight, 18 parts by weight, 19 parts by weight or 20 parts by weight, and the upper limit may be about 100 parts by weight, 90 parts by weight, 80 parts by weight, 70 parts by weight, 60 parts by weight, 50 parts by weight, 40 parts by weight, 30 parts by weight, 20 parts by weight or 10 parts by weight.
  • the ratio is within a range that is equal to or less than any one of the upper limits described above; Or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or less than any one of the upper limits described above and equal to or greater than any one of the lower limits described above.
  • the extinguishing agent included in such a ratio can exhibit an effective suppression effect against heat or flame and a formation effect of porous carbide in the composition when necessary, and can enable the composition to have excellent handling properties and storage stability as a whole.
  • the present invention may further include a gas-generating material in the composition.
  • the gas-generating material that may be included in the composition is a material that generates gas when exposed to heat or flame.
  • the gas generated in this way may directly extinguish the heat or flame, and may also perform a function of making the carbonized material more porous during the process of forming the carbonized material by the carbonizable organic material.
  • the type of gas generated by the above gas generating substance may use various types of gas generating substances, but a type that is non-flammable or emits little or no toxic gas may be selected from among known gas generating substances.
  • the type of gas generated by the gas generating substance may be, for example, nitrogen gas, carbon dioxide, and/or water vapor.
  • substances that generate the nitrogen gas include melamine, phosphate, guanidine, urea, melamine pyrophosphate, dicyandiamide, guanylurea phosphate, and glycine.
  • substances that generate carbon dioxide include potassium bicarbonate, sodium bicarbonate, calcium bicarbonate, and magnesium bicarbonate.
  • substances that generate water vapor include calcium hydroxide, magnesium dihydroxide, and aluminum trihydroxide.
  • the substances applicable in the present specification are not limited thereto.
  • one type or a mixture of two or more types selected from the types described above can be used.
  • the lower limit of the weight ratio of the gas-generating substance relative to 100 parts by weight of the vaporizable solvent may be about 1 part by weight, 2 parts by weight, 3 parts by weight, 4 parts by weight, 5 parts by weight, 6 parts by weight, 7 parts by weight, 8 parts by weight, 9 parts by weight, or 10 parts by weight
  • the upper limit may be about 100 parts by weight, 90 parts by weight, 80 parts by weight, 70 parts by weight, 60 parts by weight, 50 parts by weight, 40 parts by weight, 30 parts by weight, 20 parts by weight, or 10 parts by weight.
  • the ratio may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is more than or equal to any one of the lower limits described above; or within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above and more than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the gas-generating material included in this proportion can exhibit an effective suppression effect against heat or flame and a formation effect of porous carbide when necessary in the composition, and can enable the composition to have excellent handling properties and storage stability overall.
  • the above composition may additionally comprise an absorbent polymer as an additional component.
  • Absorbent polymers are polymers that have the property of absorbing water.
  • the absorbent polymer may be a so-called hydrogel polymer or hydrogel, which is generally defined as a cross-linked hydrophilic polymer.
  • Such polymers are also known as SAP (Super Absorbent Polymer).
  • the above absorbent polymer is a material capable of absorbing tens to thousands of times its own weight in moisture. This material can perform the function of allowing the composition of the present specification to exist in a gel state as a whole, thereby ensuring handling and storage stability.
  • any polymer that can be applied as SAP can be used without limitation.
  • a type that is non-flammable or emits little or no toxic gas can be selected from among known absorbent polymers.
  • a vinyl polymer of the polyacrylate series is used as an absorbent polymer.
  • the polyacrylate series polymer as mentioned above is a polymer manufactured from an acrylate series monomer, and if necessary, other known monomers may be additionally used in the formation of the polymer.
  • the absorption properties of the absorbent polymer can be adjusted so that it exhibits properties suitable for the applications disclosed herein.
  • the lower limit of centrifugal water retention capacity (CRC) of the absorbent polymer according to EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) law WSP 241.3 may be about 12 g/g, 13 g/g, 14 g/g, 15 g/g, 16 g/g, 17 g/g, 18 g/g, 19 g/g, 20 g/g, 21 g/g, 22 g/g, 23 g/g, 24 g/g, 25 g/g, 26 g/g, 27 g/g, 28 g/g, 29 g/g, 30 g/g, 31 g/g, 32 g/g or 33 g/g, and the upper limit may be about 60 g/g, 55 g/g, 50 g/g, 45 g/g, It can be about 40 g/g or 35 g/g.
  • CRC centrifugal water retention capacity
  • the water retention capacity can be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above and greater than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the absorbent polymer having the above-mentioned absorbency can be combined with other components of the composition of the present specification to exhibit desired properties.
  • the above absorbent polymer may be a particulate polymer in one example, and in this case, the lower limit of the average particle diameter of the absorbent polymer may be about 10 ⁇ m, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m or 140 ⁇ m, and the upper limit may be about 1000 ⁇ m, 950 ⁇ m, 900 ⁇ m, 850 ⁇ m, 800 ⁇ m, 750 ⁇ m, 700 ⁇ m, 650 ⁇ m, 600 ⁇ m, 550 ⁇ m, 500 ⁇ m, 450 ⁇ m, 400 ⁇ m, 350 ⁇ m, 300 ⁇ m, 250 ⁇ m or 200 ⁇ m.
  • the above average particle size may be in a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above, or greater than or equal to any one of the lower limits described above, or greater than or equal to any one of the lower limits described above and less than or equal to any one of the upper limits described above.
  • the average particle size may be measured according to the method specified in NWSP 210.0.R2(15).
  • the lower limit of the weight ratio of the absorbent polymer to 100 parts by weight of the vaporizable solvent may be about 1.0 parts by weight, 1.5 parts by weight, 2.0 parts by weight, 2.5 parts by weight, 3.0 parts by weight, 3.5 parts by weight, 4.0 parts by weight, 4.5 parts by weight or 5.0 parts by weight
  • the upper limit may be about 20.0 parts by weight, 19.5 parts by weight, 19.0 parts by weight, 18.5 parts by weight, 18.0 parts by weight, 17.5 parts by weight, 17.0 parts by weight, 16.5 parts by weight, 16.0 parts by weight, 15.5 parts by weight, 15.0 parts by weight, 14.5 parts by weight, 14.0 parts by weight, 13.5 parts by weight, 13.0 parts by weight, 12.5 parts by weight, 12.0 parts by weight, 11.5 parts by weight, 11.0 parts by weight, 10.5 parts by weight, 10.0 parts by weight, 9.5 parts by weight, 9.0 parts by weight, 8.5 parts by weight, 8.0 parts by weight, 7.5 parts by weight,
  • the ratio may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is more than or equal to any one of the lower limits described above; or within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above and more than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the above composition comprises the above components and may comprise additional components if necessary.
  • composition may additionally comprise a buffer.
  • heat may be applied to the fire extinguishing device in an abnormal state, and additionally, high pressure may be applied momentarily.
  • high pressure may be applied momentarily.
  • a battery cell (12, 13, 14, 15) adjacent to the fire extinguishing device (100) explodes or rapidly expands
  • high pressure is applied to the fire extinguishing device (100).
  • volatile substances existing inside may be discharged to the outside before they are vaporized, and such discharge may reduce the efficiency of the fire extinguishing action.
  • the above-mentioned buffer can act as a buffer for the pressure applied instantaneously as described above, and as a result, can allow sufficient vaporization of the vaporizable substance inside.
  • the buffer can also play a role of carrying the vaporizable substance in some cases. That is, when the buffer has porosity as described below, or is in the form of woven fabric, nonwoven fabric, or felt, the buffer can exhibit the characteristic of absorbing or carrying the vaporizable substance.
  • the type of buffer as long as it can perform the above function, and for example, one having an appropriate density and/or thermal decomposition temperature can be used.
  • the upper limit of the density of the buffer may be about 3, 2.5, 2, 1.5, 1.3, 1.1, 0.9, 0.7, 0.5, 0.3, 0.1, 0.08, 0.06 or 0.04, and the lower limit may be about 0.001, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1 or 0.15.
  • the density may be within a range that is equal to or less than any one of the above-described upper limits; or within a range that is equal to or greater than any one of the above-described lower limits and equal to or less than any one of the above-described upper limits.
  • the unit of the density is g/cm 3 .
  • the upper limit of the thermal decomposition temperature of the buffer may be about 2,000°C, 1,800°C, 1,600°C, 1,400°C, 1,200°C, 1,000°C, 900°C, 800°C, 600°C, 500°C or 400°C
  • the lower limit may be about 150°C, 200°C, 250°C, 300°C, 350°C, 400°C, 450°C, 500°C, 550°C, 600°C, 650°C, 700°C, 750°C or 800°C.
  • the thermal decomposition temperature is within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; Or it may be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the method for measuring the thermal decomposition temperature is described in “11. Thermal decomposition temperature” in the Examples section of the specification.
  • the buffer any known material can be used without special limitation as long as it has the above density and/or thermal decomposition temperature.
  • the buffer can be used as a known glass fiber, ceramic fiber and/or mineral fiber known as an insulating material.
  • Such inorganic fibers can be in the form of a woven or non-woven fabric, such as a porous film, a porous sheet, a porous foil, wool or a felt.
  • inorganic foam such as various metal foams, glass wool, mineral wool, woven fabrics, nonwoven fabrics or felts made of glass fibers or mineral fibers, or foams, woven fabrics, nonwoven fabrics or felts formed of carbonizable organic substances described below can also be used.
  • Inorganic gels e.g., silica gel, etc.
  • wet gels can also be used as buffers.
  • any one type or a combination of two or more types selected from the various types mentioned above may be used.
  • the size of the buffer is determined according to the size of the sealed space and there is no particular limitation.
  • the buffer is in the form of the porous film, porous sheet, porous foil, wool, woven fabric, nonwoven fabric or felt described above
  • the lower limit of the thickness of the buffer may be about 0.1 mm, 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm or 2.5 mm
  • the upper limit may be about 20 mm, 15 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm or 3 mm.
  • the thickness may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than or equal to any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the above composition can exhibit advantageous properties, including the desired digestive effect, through a combination of the above-mentioned components.
  • the composition may have a controlled viscosity and/or thixotropic index.
  • the lower limit of the viscosity of the composition may be about 30,000 cP, 40,000 cP, 50,000 cP, 60,000 cP, 70,000 cP, 80,000 cP, 90,000 cP, 100,000 cP, 110,000 cP, 120,000 cP, 130,000 cP, 140,000 cP, 150,000 cP or 155,000 cP, and the upper limit may be about 600,000 cP, 550,000 cP, 500,000 cP, 450,000 cP, 400,000 cP, 350,000 cP, 300,000 cP, 250,000 cP, 200,000 cP, 150,000 cP, 100,000 cP, 90,000 cP, 80,000 cP or 70,000 cP.
  • the viscosity may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and less than or equal to any one of the upper limits described above.
  • the viscosity is a value measured at room temperature (about 25°C) and a rotation speed of 0.5 rpm, and a specific measurement method is described in the Examples.
  • the lower limit of the thixotropy index of the composition may be about 2, 4, 6, 8, 10, or 10.5, and the upper limit may be about 20, 18, 16, 14, 12, 10, 8, or 6.
  • the thixotropy index may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and less than or equal to any one of the upper limits described above.
  • the thixotropy index is a value obtained by dividing the viscosity measured at room temperature (about 25°C) and a rotation speed of 0.5 rpm by the viscosity measured at room temperature (about 25°C) and a rotation speed of 5 rpm, and a specific measurement method is described in the Examples.
  • a composition having the viscosity and/or thixotropic index as described above can exhibit excellent handling properties and storage stability, etc.
  • the composition may exhibit a certain latent heat characteristic.
  • Latent heat is generally defined as the amount of heat required for a substance to undergo a phase transition without a change in temperature. However, when the composition exhibits the latent heat, it does not necessarily undergo a phase transition as a whole.
  • the latent heat may occur in the process of a phase transition of at least a portion of the composition or a component included in the composition.
  • That a composition exhibits latent heat means that the composition exhibits an endothermic peak in a predetermined temperature range in a DSC (Differential Scanning Calorimeter) analysis performed in the manner described in the examples described below.
  • the process in which the composition exhibits the latent heat may be an isothermal process or a process similar thereto. Accordingly, the composition can be applied to a product that generates heat to control the heat while maintaining the temperature of the product uniformly, and can minimize or prevent the influence of abnormal heat generation, explosion, and/or ignition occurring in one product on other adjacent products.
  • the lower limit of the latent heat exhibited by the above composition may be, for example, about 500 J/g, 550 J/g, 600 J/g, 650 J/g, 700 J/g, 750 J/g, 800 J/g, 850 J/g, 900 J/g, 950 J/g, 1000 J/g, 1100 J/g, 1200 J/g or 1300 J/g, and the upper limit may be about 3000 J/g, 2800 J/g, 2600 J/g, 2400 J/g, 2200 J/g, 2000 J/g, 1800 J/g, 1600 J/g, 1400 J/g, 1200 J/g, 1000 J/g or 900 J/g.
  • the latent heat may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the lower limit of the range of the on-set temperature at which the composition begins to exhibit the latent heat can be, for example, about 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C, 80°C, 85°C, 90°C or 95°C
  • the upper limit can be about 200°C, 180°C, 160°C, 140°C, 120°C, 100°C, 90°C or 80°C.
  • the on-set temperature can be determined within a range that is lower than or equal to any one of the upper limits described above and higher than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the on-set temperature means the temperature of the left on-set point of the endothermic peak section of the DSC analysis.
  • the lower limit of the temperature range representing the latent heat of the composition may be, for example, about 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C, 80°C, 85°C, 90°C, 95°C, 100°C, 110°C, 120°C, 130°C, 140°C, 150°C, 160°C, 170°C or 180°C, and the upper limit may be about 300°C, 280°C, 260°C, 240°C, 220°C, 200°C, 180°C or 160°C.
  • the temperature range may be confirmed within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above and more than or equal to any one of the lower limits described above.
  • the above temperature range is the value obtained by subtracting the temperature of the left on-set point from the temperature of the right on-set point of the endothermic peak range of the DSC analysis.
  • the composition may additionally include various types of known additives as long as the above-mentioned properties are not impaired.
  • types of additives there is no particular limitation on the types of additives.
  • Various types of additives may be used, but it may be appropriate to select a type of additive that is non-flammable or emits little or no toxic gases among the known additives.
  • the present specification also discloses a fire extinguishing device comprising the composition.
  • the fire extinguishing device can be manufactured by loading the composition into a suitable case.
  • the above-mentioned fire extinguishing device comprises a case having a sealed space inside and a vaporizable solvent or the composition present in the sealed space.
  • the composition may be the aforementioned fire extinguishing composition, and the vaporizable solvent may be a component of the composition.
  • the case is a container for holding the vaporizable solvent or composition.
  • the case has the sealed space inside, or is prepared so as to form the sealed space.
  • the case being prepared so as to form the sealed space inside means that the sealed space is formed inside the case, or that there is a certain space inside the case, and although the space is not sealed, the case exists so as to form the sealed space in a manner of sealing the open portion.
  • vent region may mean a region that is sealed in a first state so that the sealed state of the space can be maintained, but is open in a second state so that the substance inside the space can be discharged.
  • the second state may mean, for example, a state in which abnormal ignition, abnormal heating, and/or explosion occurs in an environment in which the composition or the extinguishing device is applied
  • the first state may mean a state in which the abnormal ignition, abnormal heating, and abnormal explosion do not occur.
  • vent areas can be formed in the manner described below.
  • the case may have a Water Vapor Transmission Rate (WVTR) within a predetermined range, or may include a portion having such a WVTR.
  • WVTR Water Vapor Transmission Rate
  • the upper limit of the WVTR of the case may be about 10, 9.5, 9, 8.5, 8, 7.5, 7, 6.5, 6, 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 1, 0.5, 0.45, 0.4, 0.35, 0.3, 0.25, 0.2, 0.15, 0.1, 0.05 or 0.01, and the lower limit may be about 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 or 0.5.
  • the WVTR is within a range that is equal to or less than any one of the upper limits described above; Or it may be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the unit of the WVTR is g/m 2 day, and it is measured in the manner described in “7. WVTR (Water Vapor Transmission Rate) Evaluation” of the Examples section of the present specification.
  • a certain level or more of the total area of the case forming the sealed space may have a WVTR within the above-described range.
  • the WVTR in the above-described range can be confirmed in an area that is a certain percentage or more of the total area of the case.
  • the lower limit of the area ratio of the portion having the WVTR in the above-described range of the total area of the case may be about 80%, 85%, 90%, 95%, 97% or 99%, and the upper limit may be about 100%.
  • the ratio may be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than the upper limit described above.
  • a certain level or greater of the area of the portion forming the sealed space among the above cases may have a WVTR (Water Vapor Transmission Rate) within the above-described range.
  • WVTR Water Vapor Transmission Rate
  • the lower limit of the ratio of the area of the portion of the case forming the sealed space showing the WVTR within the above-described range may be approximately 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, or 99%, and the upper limit may be approximately 100%.
  • the ratio may be within a range that is equal to or greater than any one of the above-described lower limits; or within a range that is equal to or greater than any one of the above-described lower limits and equal to or less than the above-described upper limit.
  • the sealed space inside the case is substantially entirely surrounded by an area having a WVTR within the above-described range.
  • This configuration can effectively cause an instantaneous increase in internal pressure inside the fire extinguishing device as described below.
  • the above-mentioned extinguishing device is configured to stably maintain the vaporizable solvent or composition inside the device under normal conditions, and to release all or part of the vaporizable solvent, composition, or its vaporized substance to the outside under abnormal conditions.
  • the abnormal conditions may be, for example, abnormal heat generation, ignition, and/or explosion, or conditions in which the TR and/or TP occur or are at risk of occurring.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a case where the fire extinguishing device (S) is applied to a battery module.
  • the battery module can be configured by arranging a plurality of battery cells (11, 12, 13, 14, 15, 16) adjacent to each other, and the fire extinguishing device (S) can be arranged between battery cells as shown in the drawing (for example, between 12 and 13 of Fig. 1 and between 14 and 15 of Fig. 1).
  • the above-described extinguishing device (S) maintains a vaporizable solvent, etc., inside it in a normal state.
  • the vaporizable solvent, etc. of the extinguishing device (S) is ejected (dotted arrow in FIG. 1) directionally through, for example, the above-described vent region, etc., thereby responding to high temperatures or flames due to abnormal heating, ignition, and/or explosion.
  • FIG. 1 a case is described where a substance is ejected from both the upper and lower directions of the extinguishing device (S), but the ejection direction is not limited to FIG. 1.
  • the ejection direction may be one direction of the extinguishing device (S) or two or more directions.
  • the ejection direction can be controlled by forming a vent region.
  • the fire extinguishing device In order for the fire extinguishing device to effectively perform the above function in an abnormal state, it is required that the vaporizable solvent, etc. existing inside the case in a normal state be stably maintained, and that the vaporizable solvent, etc. be able to be quickly exhausted to the outside in a vaporized state as much as possible when an abnormal state occurs.
  • the fire extinguishing device can satisfy the above requirements.
  • the above digestive device explains the principle by which it operates.
  • Fig. 2 shows only the extinguishing device (S) of Fig. 1 separately.
  • a certain level of high heat or higher is instantaneously applied to the extinguishing device as indicated by the solid arrow in Fig. 2.
  • the vaporizable solvent present inside the extinguishing device is vaporized by the applied heat.
  • the vaporized substance is randomly propagated in all directions within the internal sealed space of the case (1001) of the extinguishing device as indicated by the dotted arrow in Fig. 2.
  • the sealed space of the case (1001) is substantially surrounded by the area having the WVTR described above, the vaporized substance cannot be released to the outside, so the inside of the case (1001) becomes very high-pressure instantaneously. If the vent area (1002) of the case is instantaneously opened at a certain level of high pressure or higher, the gas inside is quickly discharged to the outside through the opened vent area (1002).
  • the internal pressure of the case (1001) may not effectively increase in the above state, or the increase speed may be slow, so that the vent area (1002) may not be effectively opened, or even when the vent area (1002) is opened, the internal pressure may not be sufficient, so that some of the vaporized substances may remain without being discharged to the outside and consumed, or the discharge speed may be excessively slow.
  • the effect can be maximized by the composition including the aforementioned ionic compound, etc., and satisfying ⁇ T1 and ⁇ T2, etc.
  • the method for forming the above-mentioned vent area is not particularly limited.
  • the vent area can be formed by designing the case forming the sealed space to be opened when the internal pressure reaches a certain level. For example, when some areas of the case forming the sealed space are configured to have lower strength than other areas, the portion having the lower strength can be opened by the increased internal pressure.
  • a method of forming the sealed space by sealing using a hot melt material or the like so that opening occurs by melting at a certain temperature can also be used.
  • the vent area can be formed by making only a certain area of the case forming the sealed space thinner than other areas. Such a method for forming the vent area can be easily adopted by those skilled in the art.
  • the case when the above-described extinguishing device is applied to a battery module or pack, for convenience of application, the case may be a square case, a pouch-shaped case, and/or a cylindrical case having the same shape as the battery cell.
  • the vent area may also be formed by controlling the bonding strength of the cover forming the sealed space in the square or cylindrical case.
  • the above case can be configured using a known material as long as it can satisfy the above-mentioned WVTR, and the material can have a single-layer structure or a single-layer structure of two or more layers.
  • the case can be formed using a material capable of exhibiting a WVTR within the above range among suitable organic and/or inorganic layers.
  • organic layer for example, a known polymer film or sheet can be used.
  • organic film examples thereof include a cellulose-based polymer film; a COP (cyclo olefin copolymer) film; an acrylic polymer film; a polyolefin film; a PVA (polyvinyl alcohol) film; a PVC (poly(vinyl chloride)) film, a PES (poly ether sulfone) film; a PEEK (polyetheretherketon) film; a PPS (polyphenylsulfone) film; a PEI (polyetherimide) film; a PEN (polyethylenemaphthatlate) film; a PET (poly(ethylene terephthalate)) film; a PI (polyimide) film; a PSF (polysulfone) film and/or a PAR (polyarylate) film.
  • a cellulose-based polymer film examples thereof include a cellulose-based polymer
  • a metal layer, a metal oxide layer, a metal nitride layer or a metal oxynitride layer may be used as the inorganic layer.
  • the inorganic layer may be a metal layer, a metal oxide layer, a metal nitride layer or a metal oxynitride layer including at least one selected from the group consisting of In, Sn, Pb, Au, Cu, Ag, Zr, Hf, Zn, Al, Si, La, Ti and Ni.
  • a foil, sheet or film of the material may be applied, or a layer formed by depositing the metal layer, the metal oxide layer, the metal nitride layer or the metal oxynitride layer on an appropriate substrate may be used.
  • the material forming the case may be a single layer selected from the inorganic layer and organic layer, or a multilayer structure in which two or more of the layers are laminated.
  • the thickness of the above-described inorganic layer and/or organic layer is not particularly limited and is selected in consideration of the properties of the desired WVTR, etc.
  • the lower limit of the thickness may be about 1 ⁇ m, 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, 20 ⁇ m, 25 ⁇ m or 30 ⁇ m
  • the upper limit may be about 5,000 ⁇ m, 4,000 ⁇ m, 3,000 ⁇ m, 2,000 ⁇ m, 1,000 ⁇ m, 500 ⁇ m, 200 ⁇ m, 150 ⁇ m, 100 ⁇ m, 90 ⁇ m, 80 ⁇ m, 70 ⁇ m, 60 ⁇ m, 50 ⁇ m, 40 ⁇ m or 30 ⁇ m.
  • the thickness is within a range that is equal to or less than any one of the upper limits described above; Or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the above digestive device may include additional components to perform the above action more effectively.
  • the fire extinguishing device may additionally include a heat-conducting layer.
  • the heat-conducting layer may be present at an appropriate location within the fire extinguishing device.
  • the heat-conducting layer may be present between the case and the vaporizable solvent or composition in the fire extinguishing device, or the heat-conducting layer may be present adjacent to the case.
  • Fig. 3 is an example of a case where the heat-conducting layer (2001) is added to the digestive device of Fig. 2.
  • the heat-conducting layer may be present at different locations inside the case, and the number of layers may be one or two or more.
  • thermally conductive layer is a layer having a thermal conductivity (at 20°C) in the range described below.
  • the lower limit of the thermal conductivity (at 20°C) of the thermally conductive layer may be about 15, 18, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, or 400, and the upper limit may be about 2,000, 1,500, 1,000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100, or 50.
  • the thermal conductivity may be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the unit of the above thermal conductivity is W/mK.
  • the type of the thermally conductive layer is not particularly limited as long as it has the above thermal conductivity.
  • metal materials can be used as the thermally conductive layer because they have excellent thermal conductivity properties.
  • a layer made of a metal material such as aluminum, gold, pure silver, tungsten, copper, nickel, or platinum can be applied.
  • the thickness of the heat-conducting layer there is no special limitation on the thickness of the heat-conducting layer, and an appropriate thickness can be set in consideration of the specifications of the fire extinguishing device, etc.
  • the lower limit of the thickness of the heat-conducting layer may be about 1 ⁇ m, 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, 50 ⁇ m, 75 ⁇ m, or 90 ⁇ m
  • the upper limit may be about 500 ⁇ m, 400 ⁇ m, 300 ⁇ m, 200 ⁇ m, 100 ⁇ m, 50 ⁇ m, 40 ⁇ m, or 30 ⁇ m.
  • the thickness may be within a range that is less than or equal to any one of the upper limits described above; within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above.
  • the heat generated in an abnormal state may not be uniformly applied to the extinguishing device, but may be locally applied to only a certain area.
  • the heat in the abnormal state must be uniformly applied to the extinguishing device.
  • the heat can be quickly and entirely transferred to the extinguishing device, and accordingly, the extinguishing action of the extinguishing device described above can occur quickly and efficiently.
  • the amount of the vaporizable solvent or the composition including the vaporizable solvent present in the internal space or the sealed space of the case in the extinguishing device can be adjusted.
  • the lower limit of the volume ratio of the vaporizable solvent or the composition within the total volume of the internal space or the sealed space of the case can be about 70%, 75%, 80%, 85%, 90% or 95%, and the upper limit can be about 100%.
  • the ratio can be within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above; or within a range that is equal to or greater than any one of the lower limits described above and equal to or less than any one of the upper limits described above. Under such a ratio, the rapid increase in the internal pressure described above can be more effectively induced.
  • the present specification also discloses an electronic device or apparatus to which the composition or the fire extinguishing device is applied.
  • the type of electronic equipment or device is not particularly limited.
  • the composition or extinguishing device may be applied to equipment or devices that have a risk of abnormal heat generation, ignition, and/or explosion during operation, maintenance, and/or storage, and where such abnormal phenomenon must be controlled.
  • Examples of the equipment or devices described above include, for example, batteries.
  • batteries In particular, in battery modules composed of multiple battery cells, it is important to prevent abnormal heat generation, ignition, and/or explosion occurring in one battery cell from spreading to adjacent battery cells.
  • the present specification discloses a battery module or battery pack including the above-described digestive device.
  • Such a battery module may include, in principle, a plurality of battery cells; and the fire extinguishing device disposed between the battery cells.
  • the specific configuration of the battery module for example, the type of the battery cell, etc., is not particularly limited, and known materials can be applied.
  • known pouch-type, square-type or cylindrical battery cells can be applied as the battery cell.
  • the method for manufacturing the above battery module is not particularly limited, and for example, a method may be used in which the fire extinguishing device is manufactured in the form of a battery cell as described above, and then the fire extinguishing device is positioned at a required location during the manufacturing process of the battery module.
  • the present specification relates to a fire extinguishing composition, a fire extinguishing device, and uses thereof.
  • the present specification can provide a fire extinguishing composition, a fire extinguishing device, and uses thereof, which can be applied to products or elements that have a possibility of heat generation, ignition, and/or explosion during operation, storage, and/or maintenance, and can effectively respond to said heat generation, ignition, and/or explosion.
  • the present specification can also provide a fire extinguishing composition that is non-flammable, has no flash point, or has a flash point that can respond to heat generation, ignition, and/or explosion, and is non-toxic, and a fire extinguishing device including the same.
  • Figure 1 is an exemplary drawing of a battery module to which a fire extinguishing device is applied.
  • Figure 2 is an exemplary drawing for explaining the operation of the digestive device.
  • Figure 3 is an exemplary drawing for explaining the operating principle of the digestive device.
  • Figure 4 is a drawing for explaining the process of manufacturing a fire extinguishing device in an embodiment.
  • Fig. 5 is a cross-section showing one exemplary form of a case applied in the embodiment.
  • the freezing point was evaluated at 1 atm by the method specified in the OECD Guideline for testing of chemicals 102 (adopted by the council on 27th July 1995).
  • Solubility was evaluated based on the ASTM E1148-02 standard. The solubility was confirmed by evaluating the maximum amount of sample dissolved in 100 g of water at 0°C or room temperature (approximately 25°C) according to the above standard.
  • the composition was loaded onto an aluminum dish having a bottom thickness of about 0.2 mm. The loading was performed so that the composition had a thickness of about 3 mm.
  • the aluminum dish was placed on a temperature sensor (k-type thermocoupler). Then, a flame was vertically applied at a height of about 1 inch from the composition loaded onto the dish. The flame was applied using butane gas (can type butane gas (unused product) with a capacity of 220 g) and a torch. The temperature was measured with the temperature sensor while applying the flame for about 3 minutes, and the temperature was evaluated according to the following criteria.
  • the square batteries were arranged side by side at intervals of about 3 mm, and a fire extinguishing device was placed between them.
  • battery ignition was induced in one square battery according to the SAE J2464:2009 standard, and whether or not a chain ignition occurred in other cells was confirmed.
  • the battery ignition was induced by penetrating a nail with a diameter of about 5 mm into the square battery at a speed of 25 mm/sec (Nail Penetration method).
  • NG If a fire occurs in a battery cell other than the one through which the nail was pierced.
  • the molecular weight of starch was evaluated using the following method.
  • a 25 mg sample whose molecular weight is to be measured was taken, mixed with 5 mL of a 150 mM NaNO 3 aqueous solution containing 0.02 wt% NaN 3 , heated at 80° C. for 20 hours, and then filtered through a 0.4 ⁇ m Nylon Syringe Filter to prepare a sample solution.
  • the molecular weight was evaluated using the above sample solution and mobile phase A in the following manner.
  • Injection volume 100 ⁇ l (0.45 ⁇ m filtered)
  • amylopectin and amylose contents of starch were evaluated according to the method described in the paper (Potato Research 31 (1988) 241-246).
  • a sample (about 5 mg of starch) was prepared by dissolving it in about 1 mL of sterile water (step 1), and then heated in a water bath at 95°C for about 15 minutes (step 2).
  • step 3 about 20 ⁇ l of the sample was placed in a cuvette (step 3), and about 980 ⁇ l of iodine solution was added and mixed (step 4).
  • Step 5 the absorbance of the sample mixed with the iodine solution at wavelengths of 525 nm and 700 nm was measured and recorded, respectively.
  • the absorbance was measured using the OPTIZEN POP model from KLAB.
  • step 6 About 20 ⁇ l of water was placed in another cuvette, 980 ⁇ l of iodine solution was added, and mixed (step 6). For the solution in step 6, the absorbance at wavelengths of 525 nm and 700 nm was measured and recorded, respectively, in the same manner as in step 5 (step 7).
  • step 7 The absorbance obtained in step 7 was subtracted from the absorbance obtained in step 5, and the ratio (%) of amylose was confirmed according to the following formula C (step 8).
  • PA is the proportion (%) of amylose
  • OD700 is the value obtained by subtracting the absorbance at a wavelength of 700 nm measured in step 7 from the absorbance at a wavelength of 700 nm measured in step 5
  • OD525 is the value obtained by subtracting the absorbance at a wavelength of 525 nm measured in step 7 from the absorbance at a wavelength of 525 nm measured in step 5.
  • the WVTR of the case was evaluated according to ASTM F1249 under the conditions of 38°C and 100% relative humidity.
  • the melting point of the hot melt film applied to the manufacture of a digestive device was evaluated using a DSC (Differential Scanning Calorimeter) equipment (TA instrument, Q200 model).
  • the temperature range during the evaluation was from 25°C to 300°C.
  • the left on-set point and the right on-set point of the endothermic peak section confirmed while increasing the temperature from 25°C to 300°C at a rate of approximately 10°C/min were designated as the start and end of the phase transition, and the temperature of the maximum peak in the corresponding section was set as the melting point.
  • CRC was measured according to EDANA WSP 241.3.
  • About 0.2 g (W0) of absorbent polymer was placed in a nonwoven bag, sealed, and immersed in saline solution at room temperature.
  • the saline solution used was a 0.9 wt% NaCl aqueous solution.
  • the above condition was maintained for about 30 minutes, and water was removed from the bag for 3 minutes using a centrifuge at 250 G, and then the mass (g, W2) of the bag was measured.
  • CRC (g/g) ⁇ [W2(g) - W1(g)]/W0(g) ⁇ - 1
  • AUP was measured according to EDANA method WSP 242.3.
  • a 400 mesh stainless steel wire mesh was installed on the bottom of a plastic cylinder with an inner diameter of about 60 mm, 0.0 g (W0) (0.90 g) of an absorbent polymer was uniformly sprayed on the wire mesh, and a piston capable of uniformly applying a load of 0.3 psi was installed thereon.
  • the piston had an outer diameter slightly smaller than 60 mm, was installed so that there was no gap with the inner wall of the cylinder, and could move up and down.
  • the weight (g, W3) of the device was measured.
  • a 0.9 wt% NaCl aqueous solution was used as the saline solution.
  • a sheet of filter paper having a diameter of 90 mm was placed on top of it.
  • the measuring device was placed on the filter paper, and the saline solution was absorbed for 1 hour under a load of 0.3 psi. Thereafter, the measuring device was lifted, and its weight (g, W4) was measured.
  • AUP(g/g) [W4(g) - W3(g)]/W0(g)
  • the thermal decomposition temperature was confirmed by TGA (Thermogravimetric Analysis). Using a TGA e850 from Mettler-Toledo, the temperature of the sample was increased from approximately 20°C at a rate of 5°C/min in an N2 flow atmosphere, and the point at which the weight loss was 5% or more was defined as the thermal decomposition temperature.
  • the flammability of the freezing point regulator was evaluated according to ASTM D93.
  • the sample ignition source
  • the sample was placed in a 100 mL brass test cup in an amount of about 90 volume% of the cup, stirred at about 100 times/min, and the flash point was evaluated while increasing the temperature at a rate of 5°C/min with a diameter of the ignition source of about 3.2 mm to 4.8 mm.
  • the sample is vaporized without ignition, and has no flash point or a flash point of 120°C or higher, it is evaluated as PASS. If it is ignited, the temperature at the time of ignition is used as the flash point and it is evaluated as NG.
  • the generation of toxic gases was evaluated using length-of-stain colorimetric dosimeters according to the ASTM D4599-21 standard.
  • the length-of-stain colorimetric dosimeters are tubes that can measure concentration according to color, and there are designated measurement tubes for each toxic gas.
  • a gas sample generated from the target substance was collected for about 1 minute and quantified.
  • a 100 ml syringe was used to inject a sample into the open end of the length-of-stain colorimetric dosimeters, and after maintaining it for about 8 hours, the concentration of each gas was measured.
  • the toxic gases measured by the above method were chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas.
  • the extinguishing composition was placed in an aluminum can, and the ignition property was evaluated.
  • the aluminum can was manufactured in the form of an envelope with an open top using aluminum foil having a thickness of about 3 mm.
  • the length and width of the can were about 9 cm and 12 cm, respectively, and the internal volume was about 32.4 cm 3 .
  • the inside of the can was filled with a fire extinguishing composition, and a flame was applied vertically to one side of the can at a distance of about 1 inch while the top of the can was opened.
  • the flame was applied using butane gas (can type butane gas (unused product) with a capacity of 220 g) and a torch.
  • a first mixture was prepared by mixing water (W), ammonium phosphate (N)(NH 4 H 2 PO 4 )(gold) (molar mass: 115.0257 g/mol), and potassium formate (F)(potassium formate)(HCOOK)(gold) (molar mass 84.12 g/mol) in a weight ratio (W:N:F) of 100:20:30.
  • the mixing was performed at room temperature (approximately 25°C) under mixing conditions of 300 rpm for approximately 10 minutes.
  • the above potassium formate is a non-flammable substance that has no flash point, and the concentrations of chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas measured according to the toxic gas evaluation method are all 0 ppm, so it is a non-toxic substance.
  • the solubility of the above potassium formate in 100 g of water at 0°C is about 32.8 g, and the solubility in 100 g of water at 25°C is about 331 g.
  • the above first ammonium phosphate (N) (NH 4 H 2 PO 4 ) has a solubility of about 29 g in 100 g of water at 25°C.
  • starch (S) Sigma-Aldrich
  • melamine (M) ACROS ORGANICS
  • W:S:M the ratio of water (W) to the starch (S) and melamine (M) was adjusted to about 100:10:10.
  • the mixing was performed at room temperature (about 25°C) under mixing conditions of 300 rpm for about 30 minutes.
  • corn starch was used as the starch, and starch having a weight average molecular weight of about 51,000,000 g/mol and a weight ratio of amylose and amylopectin (amylose:amylopectin) of about 25:75 was used.
  • an absorbent polymer (SAP) was additionally mixed into the second mixture to manufacture a composition.
  • the mixing of the absorbent polymer was performed by mixing the second mixture and the absorbent polymer, and mixing at room temperature (about 25°C) and mixing conditions of 300 rpm for about 2 hours. The mixing was performed so that the weight ratio (W:P) of the water (W) and the absorbent polymer (P) of the mixture was about 100:5.
  • SAP GS-803ND product of LG Chemical was used as the absorbent polymer, and applied to a size of about 150 ⁇ m through a pulverization and classification process.
  • the CRC (Centrifuge Retention Capacity) of this absorbent polymer was approximately 33.5 g/g, and the AUP (Absorption Under Pressure) was approximately 28.1 g/g.
  • the fire extinguishing composition was placed inside a can (case) made of aluminum used in the manufacture of square batteries, and the open portion was sealed to manufacture a fire extinguishing device.
  • the WVTR of the can used in the square battery was approximately 0 g/m 2 ⁇ day.
  • the fire extinguishing composition was injected into the inside of the can (1001) and then the cover (1002) was covered to manufacture a fire extinguishing device.
  • the composition was injected so that at least 90% of the volume of the empty space inside the can was filled.
  • the square battery can was 9 cm wide, 12 cm long, and 3 cm thick.
  • a fire extinguishing composition and a fire extinguishing device were prepared in the same manner as in Example 1, except that sodium formate (HCOONa) (Daemyung Chemical) (molar mass: 68.01 g/mol) was used instead of potassium formate (HCOOK) (Daejung Chemical).
  • HCOONa sodium formate
  • HCOOK potassium formate
  • the above sodium formate is a non-flammable substance that has no flash point, and the concentrations of chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas measured according to the toxic gas evaluation method are all 0 ppm, so it is a non-toxic substance.
  • the solubility of the above sodium formate in 100 g of water at 0°C is about 43.82 g, and the solubility in 100 g of water at 25°C is about 97.2 g.
  • a fire extinguishing composition and a fire extinguishing device were each prepared in the same manner as in Example 1, except that potassium acetate (CH 3 COOK) (Daejunghwagum) (molar mass: 98.15 g/mol) was used instead of potassium formate (HCOOK) (Daejunghwagum) when preparing the fire extinguishing composition.
  • CH 3 COOK potassium acetate
  • HCOOK potassium formate
  • the above potassium acetate is a non-flammable substance that has no flash point, and the concentrations of chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas measured according to the toxic gas evaluation method are all 0 ppm, so it is a non-toxic substance.
  • the solubility of the above potassium acetate in 100 g of water at 0°C is about 216 g, and the solubility in 100 g of water at 25°C is about 268.6 g.
  • a first mixture was prepared by mixing water (tap water) (W), monobasic ammonium phosphate (N) (NH 4 H 2 PO 4 ) (Daejung Chemical Gold), and potassium acetate (CH 3 COOK) (Daejung Chemical Gold) (molar mass 98.15 g/mol) (F) in a weight ratio of 160:15:90 (W:N:F).
  • W tap water
  • N monobasic ammonium phosphate
  • CH 3 COOK potassium acetate
  • the mixing was performed at room temperature (approximately 25°C) under mixing conditions of 300 rpm for approximately 10 minutes.
  • the above potassium acetate is a non-flammable substance having no flash point, and the concentrations of chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas measured according to the toxic gas evaluation method were all 0 ppm, indicating that it was a non-toxic substance.
  • the solubility of the above potassium acetate in 100 g of water at 0°C is about 216 g, and the solubility in 100 g of water at 25°C is about 268.6 g.
  • the first ammonium phosphate (N) (NH 4 H 2 PO 4 ) was the same as that used in Example 1.
  • starch (S) (the same as that used in Example 1) was additionally mixed into the first mixture to prepare a fire extinguishing composition.
  • the ratio (W:S) of water (W) and the starch (S) was adjusted to about 160:3.
  • the mixing was performed at room temperature (about 25°C) under mixing conditions of 300 rpm for about 30 minutes.
  • the above-mentioned digestive composition was supported on a porous film.
  • a porous film glass wool (thickness: about 2.5 mm, density: about 0.03 g/cm 3 , thermal decomposition temperature: about 400°C) (Glass wool blanket, Rosewool) was used.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that glass wool impregnated with the fire extinguishing composition was used instead of the fire extinguishing composition. At this time, the fire extinguishing composition and the glass wool impregnated with the composition were placed inside the can to fill at least 90% of the volume of the empty space inside the can.
  • a fire extinguishing composition and a fire extinguishing device were each prepared in the same manner as in Example 1, except that ethylene glycol (Daejung Gold) (molar mass: 62.07 g/mol) was used instead of potassium formate (HCOOK) (Daejung Gold) when preparing the fire extinguishing composition.
  • ethylene glycol Daejung Gold
  • HCOOK potassium formate
  • the above ethylene glycol is a flammable substance with a flash point of approximately 111°C, and the concentrations of chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas measured according to the toxic gas evaluation method are all 0 ppm, making it a non-toxic substance.
  • a fire extinguishing composition and a fire extinguishing device were each prepared in the same manner as in Example 1, except that CaCl 2 (gold) (molar mass: 110.98 g/mol) was used instead of potassium formate (HCOOK) (gold) when preparing the fire extinguishing composition.
  • CaCl 2 gold
  • HCOOK potassium formate
  • the above CaCl 2 is a non-flammable substance having no flash point, and the chlorine gas measured according to the toxic gas evaluation method is 0.001 ppm, and the concentrations of ammonia gas and hydrofluoric acid gas are each 0 ppm, so it is a toxic substance.
  • the solubility of the above CaCl 2 in 100 g of water at 0°C is about 59.5 g, and the solubility in 100 g of water at 25°C is about 74.5 g.
  • a fire extinguishing composition and a fire extinguishing device were each manufactured in the same manner as in Example 1, except that Xylitol (Daejung Gold) (molar mass: 152.15 g/mol) was used instead of potassium formate (HCOOK) (Daejung Gold) when manufacturing a fire extinguishing composition, and the weight ratio (W:F) of water (W) and the Xylitol (F) was set to 100:15.
  • Xylitol Daejung Gold
  • HCOOK potassium formate
  • the above Xylitol is a non-flammable substance having no flash point, and the concentrations of chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas measured according to the toxic gas evaluation method are all 0 ppm, so it is a non-toxic substance.
  • the solubility of the above Xylitol in 100 g of water at 0°C is about 10 g, and the solubility in 100 g of water at 25°C is about 10 g.
  • a fire extinguishing composition and a fire extinguishing device were prepared in the same manner as in Example 1, except that Al 2 (SO 4 ) 3 (Daemyung Chemical) (molar mass: approximately 342.14 g/mol) was used instead of potassium formate (HCOOK) (Daejung Chemical) when preparing the fire extinguishing composition.
  • Al 2 (SO 4 ) 3 (Daemyung Chemical) (molar mass: approximately 342.14 g/mol) was used instead of potassium formate (HCOOK) (Daejung Chemical) when preparing the fire extinguishing composition.
  • the above Al 2 (SO 4 ) 3 is a non-flammable substance that has no flash point, and the concentrations of chlorine gas, ammonia gas, and hydrofluoric acid gas measured according to the toxic gas evaluation method are all 0 ppm, so it is a non-toxic substance.
  • the solubility of the above Al 2 (SO 4 ) 3 in 100 g of water at 0°C is about 31.2 g, and the solubility in 100 g of water at 25°C is about 36.4 g.
  • flammability is the result of evaluating the above “14. Flammability”
  • toxicity is the result of evaluating the generated gas and its concentration according to the above “13. Evaluation of generation of toxic gas”. If the corresponding column is blank, it means that there is no generation of toxic gas as evaluated according to the above evaluation method.
  • ⁇ T1 is a value obtained by calculating with the formula 1.86 ⁇ M1 ⁇ I for all ionic compounds in the fire extinguishing composition (M1 is the molal concentration of each ionic compound with respect to water, and I is the number of moles of ions generated when 1 mole of the ionic compound is completely dissociated)
  • ⁇ T2 is a value obtained by calculating with the formula 1.86 ⁇ M2 ⁇ I for ionic compounds in the fire extinguishing composition having a solubility in water at 25°C of 75 g or more (M2 is the molal concentration of each ionic compound with respect to water, and I is the number of moles of ions generated when 1 mole of the ionic compound is completely dissociated)
  • ⁇ T3 is a value obtained by calculating with the formula 1.86 ⁇ M3 for alcohols (ethylene glycol and xylitol) in the fire extinguishing composition (M3 is the molal concentration of
  • Example 1 2 3 4 Composition freezing point (°C) -26 -30.4 -23 -24.35 ⁇ T1 19.73 22.88 17.84 24.35 ⁇ T2 13.27 16.41 11.37 21.32 ⁇ T3 0 0 0 0 0 Convection Test PASS PASS PASS PASS Chain ignition test PASS PASS PASS PASS Flammability PASS PASS PASS PASS Toxicity - - - - -
  • Comparative example 1 2 3 4 Composition freezing point (°C) -26 -29 -13 -18 ⁇ T1 6.47 21.55 6.47 14.62 ⁇ T2 0 15.08 0 8.15 ⁇ T3 8.99 0 1.83 0 Convection Test NG PASS NG NG Chain ignition test NG PASS NG NG Flammability NG PASS NG PASS Toxicity - Chlorine gas 0.001ppm - - -
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a can dash pouch was used.
  • the pouch was manufactured by laminating a PET (poly(ethylene terephthalate)) film (thickness: about 10 ⁇ m), an aluminum foil (thickness: about 20 ⁇ m), and a PP (polypropylene) hot melt film (thickness: about 70 ⁇ m) in the above order.
  • the PET film was laminated on one side of the aluminum foil with an adhesive, and the PP hot melt film was laminated on the other side at a temperature of about 200°C to manufacture an outer shell.
  • a film having a melting point of about 140°C was used as the PP hot melt film. As shown in Fig.
  • a concave portion (I) was formed in the central portion of the outer shell to prepare an upper outer shell (121) and a lower outer shell (122), respectively.
  • a fire extinguishing composition was placed in the concave portion (I) between the upper and lower outer skins (121, 122), and the PP hot melt films were fused to each other at a temperature of about 200°C in the sealing portion (S), thereby manufacturing a fire extinguishing device. Thereafter, three of the four sealing portions (S) were folded so that the unfolded sealing portions could function as a vent area.
  • the composition was injected so as to occupy at least 90% of the volume of the sealed space formed by the concave portion (I).
  • the WVTR of the case was about 0 g/m 2 day.
  • the case was manufactured to have a width of about 9 cm, a length of about 12 cm, and a thickness of about 3 cm.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the pouch manufactured in Example 5 was used instead of the can.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Example 3, except that the pouch of Example 5 was used instead of the can.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the pouch of Example 5 was used instead of the can.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the pouch of Example 5 was used instead of the can.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2, except that the pouch of Example 5 was used instead of the can.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Comparative Example 3, except that the pouch type of Example 5 was used instead of the can.
  • a fire extinguishing device was manufactured in the same manner as in Comparative Example 4, except that the pouch of Example 5 was used instead of the can.
  • Example 5 6 7 8 Composition freezing point (°C) -26 -30.4 -23 -24.35 ⁇ T1 19.73 22.88 17.84 24.35 ⁇ T2 13.27 16.41 11.37 21.32 ⁇ T3 0 0 0 0 0 Convection Test PASS PASS PASS PASS Chain ignition test PASS PASS PASS PASS Flammability PASS PASS PASS PASS Toxicity - - - - -

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Abstract

본 명세서는, 조성물, 소화 장치 및 그 용도를 개시한다. 본 명세서는, 구동, 보관 및/또는 유지 과정에서 발열, 발화 및/또는 폭발의 가능성이 있는 제품 내지 소자에 적용되어 상기 발열, 발화 및/또는 폭발에 효과적으로 대응할 수 있는 소화용 조성물, 소화 장치 및 그 용도를 개시한다. 본 명세서는, 실질적으로 비인화성이고, 비독성인 상기 조성물 및 그 용도를 개시한다.

Description

조성물
본 출원은 2023년 6월 5일자 대한민국 특허 출원 제10-2023-0072165호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 명세서는, 조성물, 소화 장치 및 그 용도를 개시한다.
제품에서 발생하는 열을 처리하는 기술의 중요성은 점점 더 커지고 있지만, 열을 발생시키는 소자(발열 소자)가 복수 모여서 구성된 제품에서 열을 처리, 관리 및 제어하는 것은 어려운 문제이다.
예를 들어서, 배터리 모듈이나 배터리 팩 등에서 발생하는 소위 TR(Theraml Runaway) 또는 TP(Thermal Propagation) 현상을 방지하는 것은 매우 중요하다. 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 복수의 배터리셀들 또는 복수의 배터리 모듈들을 포함하고, 이들은 상대적으로 서로 인접하여 위치된다. 이러한 구조에서 어느 하나의 배터리셀 및/또는 배터리 모듈에서 발생한 이상 발열, 발화 및/또는 폭발 등이 연쇄적으로 인접하는 다른 배터리셀 등에 전파되는 현상을 상기 TR 또는 TP 현상으로 부른다. 이러한 TR 또는 TP 현상에 의한 연쇄 발화나 연쇄 폭발은 안정성의 측면에서 관리되어야 한다.
위와 같은 TR 또는 TP 등을 관리하기 위해서 소화 기능이 있는 물질을 사용하는 방법을 고려할 수 있다.
예를 들어서, 소화 기능이 있는 물질을 열을 발생시키는 복수의 제품에 인접하여 위치시키고, 상기 이상 발열, 발화 및/또는 폭발이 발생하였을 때에 상기 소화 기능을 가지는 물질이 소화 기능을 나타내도록 하면, 상기 TR 및 TP 현상 등에 대응할 수 있다.
소화용 물질이 적용되는 제품에 따라서 상기 소화용 물질이 저온 상태에서 실질적으로 액상을 유지하도록 하는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 배터리셀은, 충전 내지 사용 과정에서 큰 부피 팽창이 발생할 수 있는데, 상기 부피 팽창이 발생하였을 때에 인접하여 존재하는 소화용 물질이 고체 상태인 경우에 상기 부피 팽창에 따른 응력 등에 효과적으로 대응할 수 없다.
또한, 소화용 물질이 액상으로 적용된 후에 저온 환경에 노출되어 고상으로 전환되면, 그 과정에서도 부피 변화 내지 경도 변화가 발생하기 때문에 인접하는 제품에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
또한, 소화용 물질이 소화 기능을 하기 위해서 기화되는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 소화용 물질로 물을 사용하는 경우에 이상 발열, 발화 및/또는 폭발 시의 열에 의해서 기화되어 수증기로 전환되면, 더 넓은 범위에 걸쳐서 신속하게 소화 기능을 수행할 수 있다. 그런데, 저온 환경에서 물이 얼음과 같은 고체 상태가 되면, 상기 기화되는 효율이 떨어질 수 있다.
그렇지만, 소화용 물질의 소화 기능을 적시에 발현시키면서도 저온에서 액상으로 존재하도록 하는 것은 쉽지 않다. 예를 들면, 물은 상기 기술한 바와 같이 유용한 소화용 물질이지만, 빙점이 높기 때문에 저온에서 쉽게 고상으로 전환될 수 있다.
본 명세서는, 조성물, 소화 장치 및 그 용도에 대한 것이다. 상기 조성물은 소화용 조성물일 수 있다. 본 명세서는, 구동, 보관 및/또는 유지 과정에서 발열, 발화 및/또는 폭발의 가능성이 있는 제품 내지 소자에 적용되어 상기 발열, 발화 및/또는 폭발에 효과적으로 대응할 수 있는 조성물, 소화 장치 및 그 용도를 개시하는 것을 목적으로 한다. 예를 들어, 상기 소화용 조성물 또는 소화 장치는, 상기 제품 내지 소자를 복수 포함하는 물품에 적용되어서, 어느 하나의 소자 내지 제품에서 발생하는 이상 발열, 폭발 및/또는 발화에 대응하고, 그러한 발열, 폭발 및/또는 발화의 인접하는 다른 소자 내지 제품으로의 전파를 막거나 최소화할 수 있다.
본 명세서는, 또한 실질적으로 비인화성이며, 비독성인 소화용 조성물 및 이를 포함하는 소화 장치를 개시하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 또한 상기 소화 장치의 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
용어 상온은 가열 및 냉각되지 않은 자연 그대로의 온도를 의미하고, 예를 들면, 상온은, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도 또는 약 23℃ 또는 약 25℃ 또는 약 27℃ 정도의 온도일 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중 측정 온도에 영향을 받는 물성은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상온에서 측정한 물성이다.
본 명세서에서 언급하는 온도의 단위는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 섭씨(℃)이다.
용어 상압은 가압 및 감압되지 않은 자연 그대로의 압력을 의미하고, 통상 약 730 mmHg 내지 790 mmHg 정도의 압력을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중 측정 압력에 영향을 받는 물성은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상압에서 측정한 물성이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 습도에 영향을 받는 물성은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 표준 상태의 습도에서 측정한 물성이다.
표준 상태의 습도는, 상대 습도로 40% 내지 60%의 범위 내의 어느 한 상대 습도를 의미하고, 예를 들면, 약 55% 또는 약 60% 정도의 상대 습도를 의미한다.
본 명세서는, 조성물을 개시한다. 용어 조성물은 2종 이상의 서로 다른 성분들의 혼합물을 의미할 수 있다. 상기 조성물은 소화용 조성물일 수 있다. 소화용 조성물은, 정상적이지 않은 발열, 발화 및 폭발에 대응할 수 있는 조성물이다.
본 명세서에서 언급하는 용어 소화는, 반드시 불을 진화하는 기능을 의미하는 것이 아니며, 상기 불의 진화 기능을 포함하면서, 추가로 상기 이상 발열, 발화 및/또는 폭발에 대응하는 모든 기능을 포함하는 의미이다.
본 명세서에서 용어 비인화성은, 대상 물질이 인화점을 가지지 않는 것을 의미할 수 있고, 인화점이 120℃ 이상이어서 발열, 발화 및/또는 폭발에 대응 가능한 정도의 인화점을 가지는 경우를 의미한다.
본 명세서에서 용어 비독성은, 유독성 가스의 배출이 적거나 없어 환경 및 인체에 친화적인 경우를 의미한다.
상기 조성물은, 비인화성이고, 환경 및 인체에 친화적으로 조성될 수 있다.
예를 들면, 상기 조성물은, NFPA(National Fire Protection Association) 704 규격에 따른 인화성 등급(flammability rating)이 0 등급 또는 1 등급일 수 있다. 상기 NFPA 704 규격은, 미국화재예방협회(National Fire Protection Association, NFPA)에서 발표한 규격으로서, 응급 상황에서 위험 물질에 대해 신속한 대응을 하기 위해 만들어진 소위 fire diamond로 표현되는 규격이고, 인화성 등급은 적색 영역으로 표시된다. 상기 규격은 0 등급, 1 등급, 2 등급, 3 등급 및 4 등급으로 분류되며, 이 중 0 등급은, 인화성이 없는 것을 의미하고, 1 등급은, 충분히 가열되었을 경우 발화하는 경우로서, 대략 인화점이 93℃ 이상인 경우이다. 이러한 인화성 등급의 평가 방식은 NFPA(National Fire Protection Association) 704 규격에 따른다.
상기 조성물은 상기 NFPA(National Fire Protection Association) 704 규격에 따른 인화성 등급(flammability)이 0 등급 또는 1 등급인 비인화성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 조성물은, NFPA(National Fire Protection Association) 704 규격에 따른 건강 장해 등급(health hazard rating)이 0 등급, 1 등급 또는 2 등급일 수 있다. 상기 건강 장해 등급은, 상기 NFPA 704 규격의 fire diamond에서 청색 영역으로 표시된다. 상기 규격은 0 등급, 1 등급, 2 등급, 3 등급 및 4 등급으로 분류되며, 이 중 0 등급은, 건강상 위협이 되지 않으며, 특별한 주의가 필요하지 않는 경우, 1 등급은, 노출시 경미한 부상을 유발할 가능성이 있는 경우, 2 등급은, 만성적 접촉이 아닌 지속적/일반적 접촉으로 일시적 장애 혹은 부상을 유발할 수 있는 가능성이 있는 경우이다.
상기 조성물이 상기 등급을 나타내도록 하기 위해서 상기 조성물을 구성하는 각 성분들도 상기 인화성 및/또는 건강 장해 등급을 나타내는 물질이 사용될 수 있다.
상기 조성물은, 소화 기능을 가지는 용매를 포함한다. 또한, 상기 소화용 조성물은, 상기 용매의 빙점 대비 낮은 빙점을 가질 수 있다. 통상 후술하는 기화성 용매는, 적절한 소화 기능을 나타내지만, 빙점이 상대적으로 높고, 따라서 저온 환경에서 소화용 조성물을 액상으로 유지하는 것이 어렵다. 본 명세서에서는 소화용 조성물의 조성의 조절을 통해서 상기 기화성 용매를 충분한 양으로 포함하면서도 낮은 빙점을 가지는 소화용 조성물을 제공할 수 있다.
상기 조성물은 용매를 포함할 수 있다. 이러한 용매는 상기 소화 기능을 가진다. 따라서, 상기 용매는, 상기 조성물에 인접하는 대상에서 상기 발열, 발화 및/또는 폭발이 발생하였을 때에 열교환 등에 의해서 열을 감소시키거나, 발화 및/또는 폭발에 의해 생성되는 화염을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 상기 용매는 기화성 용매에 해당할 수 있다. 기화성 용매는 일정 수준의 온도 및/또는 압력 조건 하에서 기화될 수 있는 용매이다. 본 명세서에서 개시하는 조성물은, 상기와 같은 용매의 기화가 필요한 시점, 예를 들면, 상기 이상 발열, 발화 및/또는 폭발이 발생하거나, 발생할 위험성이 있는 시점에서 나타나고, 그 기화의 형태가 상기 이상 발열, 발화 및/또는 폭발에 적합한 형태가 되도록 조성된 것일 수 있다. 이러한 기화에 의해 외부로 분출된 기체는 전술한 소화 기능을 더 넓은 범위에서 신속하게 나타낼 수 있다.
상기 기화성 용매로는, 소정 범위의 빙점(Freezing point) 및/또는 비점(boiling point)을 가지는 용매를 사용할 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 빙점 및 비점은 특별히 달리 규정하지 않는 한 1 기압 하에서의 빙점 및 비점이다.
예를 들어, 상기 기화성 용매의 빙점의 하한은, -10℃, -8℃, -6℃, -5℃, -4℃, -3℃, -2℃, -1℃ 또는 0℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 10℃, 9℃, 8℃, 7℃, 6℃, 5℃, 4℃, 3℃, 2℃ 또는 1℃ 정도일 수 있다. 상기 빙점은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
상기 기화성 용매는 적절한 기화성을 나타내기 위해서 일정한 범위의 비점을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 기화성 용매의 비점의 하한은, 80℃, 85℃, 90℃ 또는 95℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 120℃, 115℃, 110℃ 또는 105℃ 정도일 수 있다. 상기 비점은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 이러한 빙점 및/또는 비점은 후술하는 소화 장치의 적용 용도에 따라서 조절될 수 있다.
상기 기화성 용매로는, 상기 범위의 빙점(Freezing point) 및/또는 비점(boiling point)을 가지는 물질이라면 특별히 제한 없이 적정한 종류를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 용매로는 공지의 용매 중에서 비인화성이거나, 유독성 가스의 배출이 적거나 없는 종류가 선택될 수 있다.
상기 범위의 빙점 및/또는 비점을 가지는 기화성 용매의 대표적인 예로는 물이 있고, 이에 따라 상기 조성물의 기화성 용매로는 물을 사용할 수 있지만, 적용 가능한 기화성 용매의 종류가 상기에 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 조성물 내에서 상기 기화성 용매의 함량의 하한은, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량% 또는 55 중량% 정도일 수 있고, 그 상한은, 95 중량%, 90 중량%, 85 중량%, 80 중량%, 75 중량%, 70 중량%, 65 중량% 또는 60 중량% 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 이러한 범위에서 포함되는 용매는 다양한 발열, 발화 및/또는 폭발 환경 하에서 효과적으로 작용할 수 있다.
상기 소화용 조성물은 상기 기화성 용매를 포함하면서, 상기 기화성 용매 대비 낮은 빙점을 나타낼 수 있다.
예를 들면, 상기 소화용 조성물의 빙점의 하한은, -60℃, -55℃, -50℃, -45℃, -40℃, -35℃, -30℃ 또는 -25℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, -20℃, -25℃ 또는 -30℃ 정도일 수 있다. 상기 빙점은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 상기 범위의 빙점을 통해서 상기 소화용 조성물은 일정한 저온에서 액상으로 안정적으로 유지되어 발열, 발화 및/또는 폭발에 효과적이고 신속하게 대응 가능하며, 상변화에 따른 부피 변화 내지 경도 변화 등에 의한 주위 소자 내지 제품에 가해지는 악영향을 방지할 수 있다.
상기 조성물은 상기 빙점을 확보하기 위해서 추가 성분을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 조성물은, 빙점 조절제를 포함할 수 있다.
용어 빙점 조절제는, 상기 성분의 존재에 따라서 상기 기술한 소화용 조성물의 빙점이 달성되는 성분을 의미할 수 있다. 빙점을 조절할 수 있는 것으로 알려진 물질을 다양하게 존재하지만, 이러한 물질들은 인화성을 나타내거나, 유독성 가스를 발생시킬 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 상기 조성물은, 비인화성 및/또는 비독성인 빙점 조절제를 포함할 수 있다.
상기 빙점 조절제는 라디칼 반응성일 수 있다. 빙점 조절제는 열과 같은 에너지가 가해지는 경우 분해되어 H 자유 라디칼 또는 OH 자유 라디칼 등과 같은 가연물의 활성 라디칼과 결합하여 안정적인 생성물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 빙점 조절제가 후술하는 탄산칼륨(K2CO3), 포름산 칼륨(HCOOK), 아세트산 칼륨(CH3COOK) 등인 경우, 칼륨 라디칼(K*)을 형성하고, K*는 OH와 결합하여 KOH와 같은 안정적인 생성물을 형성할 수 있다. 또한, 이러한 라디칼 반응성을 갖는 빙점 조절제는 발열, 발화 및/또는 폭발에 효과적으로 작용할 수 있다.
또한, 상기 빙점 조절제는 기체 발생성 빙점 조절제일 수 있다. 빙점 조절제는, 열이 가해질 경우 분해되어 가스가 발생할 수 있다. 또한, 빙점 조절제는 후술하는 기체 발생 물질로서도 작용할 수 있다.
본 명세서의 빙점 조절제는, 빙점 조절제를 8시간 동안 노출시킨 후 발생하는 기체가 비독성일 수 있다. 빙점 조절제는 비인화성 및/또는 비독성을 나타내기 위해서 특정한 관능기를 포함하지 않는 성분이 사용될 수 있다. 특정 성분 내지 작용기를 포함하는 빙점 조절제는, 인화성 및/또는 유독성일 수 있고, 조성물에 포함되어 인화성 및/또는 유독성인 조성물이 될 수 있다. 상기의 성분 내지 관능기를 포함하는 성분들은. 염소 가스, 암모니아 가스, 불산 등 할로겐 원소를 포함하는 가스 등 공지의 유독성 기체를 발생시킬 수 있다. 본 명세서의 빙점 조절제는, 예를 들면, 하이드록시기 및/또는 염소를 포함하지 않는 성분들이 사용될 수 있으며, 기타 아황산 가스, 암모니아 및 산화 에틸렌을 발생시키거나, 해당 성분들을 발생시키는 성분을 포함하지 않는 성분을 사용할 수 있다. 또한 불산 등 할로겐 원소를 포함하지 않는 성분을 사용할 수 있다.
빙점 조절제의 첨가량은, 목적하는 소화용 조성물의 빙점 및 필요 시의 기화의 형태를 고려하여 조절될 수 있다. 상기 빙점 조절제는, 하기 식 2의 △T2가 소정 범위가 되는 양으로 존재할 수 있다.
[식 2]
△T2 = 1.86 × M2 × I2
식 2에서 M2는 상기 조성물에 포함되어 있는 빙점 조절제의 상기 용매에 대한 몰랄 농도이다. 즉, 상기 M2는, 상기 용매 1 kg 당 상기 빙점 조절제의 몰수이다. 식 2에서 I2는, 상기 빙점 조절제가 이온성 화합물인 경우에 상기 이온성 화합물 1몰이 해리되었을 때에 생성되는 이온의 몰수이다. 이 때 해리는 상기 이온성 화합물이 완전하게 해리되었을 때를 의미한다. 상기 빙점 조절제가 이온성 화합물이 아닌 경우에 상기 I2는 1이다.
조성물 내에서 빙점 조절제가 2종 이상 존재하는 경우에 각각의 빙점 조절제에 대해서 상기 △T2를 계산하고, 이를 합산하여 식 2의 △T2로 한다.
상기 △T2는 목적하는 빙점 및 필요 시의 기화의 형태를 고려하여 선택된다. 상기 △T2의 하한은, 5, 10, 15 또는 20 정도일 수 있고, 그 상한은, 38, 35, 30, 25, 20 또는 15 정도일 수 있다. 상기 △T2는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 이러한 범위에서 상기 조성물은 필요한 시점에서 액상으로 유지되다가, 기화가 필요한 시점에서 기화가 되면서, 해당 기화가 매우 빠르게 발생할 수 있도록 조성될 수 있다.
상기 빙점 조절제의 상기 기화성 용매 100 중량부 대비 중량부의 하한은, 1중량부, 2 중량부, 3 중량부, 4 중량부, 5 중량부, 6 중량부, 7 중량부, 8 중량부, 9 중량부, 10 중량, 11중량부, 12 중량부, 13 중량부, 14 중량부, 15 중량부, 16 중량부, 17 중량부, 18 중량부, 19 중량부, 20 중량부, 21중량부, 22 중량부, 23 중량부, 24 중량부, 25 중량부, 26 중량부, 27 중량부, 28 중량부, 29 중량부, 30 중량부, 35 중량부, 40 중량부, 45 중량부, 50중량부 또는 55 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은 100중량부, 95 중량부, 90 중량부, 85 중량부, 80 중량부, 75 중량부, 70 중량부, 65 중량부, 60 중량부, 55 중량부, 50 중량부, 45 중량부, 40 중량부, 35중량부 또는 30 중량부 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다.
상기 빙점 조절제로는, 이온성 화합물을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 말하는 이온성 화합물의 범주에는 그 자체로 이온성이거나, 이온을 생성할 수 있는 물질, 예를 들면, 염(Salt) 등이 포함된다.
상기 빙점 조절제는 비인화성 이온성 화합물 또는 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물일 수 있다. 비인화성 이온성 화합물이란, 본 명세서의 실시예 항목의 "12. 인화성 평가"에 기재된 방식으로 평가한 때에 인화점이 확인되지 않는 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 상기 인화점도 "12. 인화성 평가"에 기재된 방식으로 평가한다. 상기 이온성 화합물이 120℃ 이상의 인화점을 가지는 경우에 그 인화점의 상한에는 특별한 제한은 없다. 즉, 본 명세서에서 개시하는 이온성 화합물은, 일정 수준 이상의 인화점을 가져서, 정상적이지 않은 발열, 발화 및/또는 폭발 시에 인화되지 않는 것이라면 되기 때문에, 그 인화점의 상한에는 제한이 없고, 예를 들면, 인화점의 상한은 1,000℃ 또는 500℃ 정도일 수 있다.
빙점 조절제로 적용될 수 있는 비인화성 이온성 화합물 또는 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물로는, 포름산염, 아세트산염, 탄산염 및 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 예시될 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 아세트산 나트륨(CH3COONa), 포름산 나트륨(HCOONa), 아세트산 칼륨(CH3COOK), 포름산 칼륨(HCOOK), 포름산 칼슘((HCOO)2Ca), 포름산 마그네슘((HCOO)2Mg), 탄산 칼륨(K2CO3) 및 황산 암모늄((NH4)2SO4) 등으로 이루어진 물질 중 1종 이상이 상기 빙점 조절제로 사용될 수 있다.
상기 빙점 조절제는, 상기 기화성 용매에 대해서 일정 수준의 용해도를 가지는 것이 적절할 수 있다. 적정한 용해도의 빙점 조절제의 선택을 위해서 상기 빙점 조절제의 첨가량의 자유도가 높아지고, 이에 따라서 소화 기능을 저해하지 않고, 개선하면서도 목적하는 빙점의 확보가 가능한 첨가량을 선택할 수 있다.
상기 빙점 조절제의 0℃에서 상기 기화성 용매 또는 물 100 g에 대한 용해도의 하한은, 20 g, 25 g, 30 g, 35 g, 40 g, 45 g, 50 g, 55 g, 60 g, 65 g, 70 g, 75 g, 80 g, 85 g, 90 g, 95 g, 100 g, 110 g, 115 g, 120 g, 125 g, 130 g, 135 g, 140 g, 145 g, 150 g, 155 g, 160 g, 165 g, 170 g, 175 g, 180 g, 185 g, 190 g, 195 g, 200 g, 205 g, 210 g 또는 215 g 정도일 수 있고, 그 상한은, 1,000 g, 900 g, 800 g, 700 g, 600 g, 500 g, 400 g, 300 g, 250 g, 245 g, 240 g, 235 g, 230 g, 225 g, 220 g, 215 g, 210 g, 205 g, 200 g, 195 g, 190 g, 185 g, 180 g, 175 g, 170 g, 165 g, 160 g, 155 g, 150 g, 145 g, 140 g, 135 g, 130 g, 125 g, 120 g, 115 g, 110 g, 105 g, 100 g, 95 g, 90 g, 85 g, 80 g, 75 g, 70 g, 65 g, 60 g, 55 g, 50 g, 45 g, 40 g, 35 g 또는 30 g 정도일 수 있다. 상기 용해도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 상기 용해도는, 0℃의 물 100 g에 최대로 용해될 수 있는 빙점 조절제의 무게(g)이고, 이는 본 명세서의 실시예 항목의 "2. 용해도 평가"에 기재된 방식으로 평가한다.
상기 빙점 조절제의 25℃에서 상기 기화성 용매 또는 물 100 g에 대한 용해도의 하한은, 75 g, 80 g, 85 g, 90 g, 95 g, 100 g, 110 g, 115 g, 120 g, 125 g, 130 g, 135 g, 140 g, 145 g, 150 g, 155 g, 160 g, 165 g, 170 g, 175 g, 180 g, 185 g, 190 g, 195 g, 200 g, 205 g, 210 g , 215 g, 225 g, 230 g, 235 g, 240 g, 255 g, 260 g, 265 g, 270 g, 275 g, 280 g, 285 g, 290 g, 295 g, 300 g, 305 g, 310 g, 315 g 또는 320 g 정도일 수 있고, 그 상한은, 1,000 g, 900 g, 800 g, 700 g, 600 g, 500 g, 400 g, 350 g, 345 g, 340 g, 335 g, 330 g, 325 g, 320 g, 315 g, 310 g, 305 g, 300 g, 295 g, 290 g, 280 g, 275 g, 270 g, 265 g, 260 g, 255 g, 250 g, 245 g, 240 g, 235 g, 230 g, 225 g, 220 g, 215 g, 210 g, 205 g, 200 g, 195 g, 190 g, 185 g, 180 g, 175 g, 170 g, 165 g, 160 g, 155 g, 150 g, 145 g, 140 g, 135 g, 130 g, 125 g, 120 g, 115 g, 110 g, 105 g 또는 100 g 정도일 수 있다. 상기 용해도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 상기 용해도는, 25℃의 물 100 g에 최대로 용해될 수 있는 빙점 조절제의 무게(g)이고, 이는 본 명세서의 실시예 항목의 "2. 용해도 평가"에 기재된 방식으로 평가한다.
상기 빙점 조절제로는, 몰질량(molar weight)이 소정 범위 내에 있는 성분을 사용할 수 있다. 빙점 조절제의 몰질량을 적정 수준으로 유지하는 경우에 소화용 조성물의 다른 성분들의 기능(예를 들면, 소화 기능)을 유지 및 개선하면서 전체적인 조성물의 빙점을 원하는 수준으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 빙점 조절제의 몰질량의 하한은, 10 g/mol, 15 g/mol, 20 g/mol, 25 g/mol, 30 g/mol, 35 g/mol, 40 g/mol, 45 g/mol, 50 g/mol, 55 g/mol, 60 g/mol, 65 g/mol, 70 g/mol, 75 g/mol, 80 g/mol, 85 g/mol, 90 g/mol 또는 95 g/mol 정도일 수 있고, 그 상한은, 300 g/mol, 250 g/mol, 200 g/mol, 150 g/mol, 145 g/mol, 140 g/mol, 135 g/mol, 130 g/mol, 125 g/mol, 120 g/mol, 115 g/mol, 110 g/mol, 105 g/mol, 100 g/mol, 95 g/mol, 90 g/mol, 85 g/mol, 80 g/mol, 75 g/mol, 70 g/mol 또는 65 g/mol 정도일 수 있다. 상기 몰질량은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
상기 조성물은, 상기 빙점 조절제로서 적용되는 이온성 화합물 외에 다른 이온성 화합물도 포함할 수 있다. 그러한 경우에도 상기 이온성 화합물은 하기 식 1의 △T1이 소정 범위 내가 되도록 존재할 수 있다. 이를 통해서 조성물 내에서 소화 기능을 가지는 용매의 양을 적정 수준으로 확보하면서도 조성물의 빙점 및 기화 형태를 적절하게 제어할 수 있다.
[식 1]
△T1 = 1.86 × M1 × I1
식 1에서 M1은 상기 조성물에 포함되어 있는 모든 이온성 화합물의 상기 용매에 대한 몰랄 농도이다. 즉, 상기 M1은, 상기 용매 1 kg 당 상기 이온성 화합물의 몰수이다. 식 1에서 I1은, 상기 이온성 화합물 1몰이 해리되었을 때에 생성되는 이온의 몰수이다. 이 때 해리는 상기 이온성 화합물이 완전하게 해리되었을 때를 의미한다.
조성물 내에서 이온성 화합물이 2종 이상 존재하는 경우에 각각의 이온성 화합물에 대해서 상기 △T1을 계산하고, 이를 합산하여 식 1의 △T1으로 한다.
상기 △T1은 목적하는 빙점 및 필요 시의 기화의 형태를 고려하여 선택된다. 상기 △T1의 하한은, 5, 10, 15, 20, 22 또는 24 정도일 수 있고, 그 상한은, 40, 35, 30, 25 또는 20 정도일 수 있다. 상기 △T1은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 이러한 범위에서 상기 조성물은 필요한 시점에서 액상으로 유지되다가, 기화가 필요한 시점에서 기화가 되면서, 해당 기화가 매우 빠르게 발생할 수 있도록 조성될 수 있다.
상기 조성물은 상기 식 2의 △T2의 상기 △T1에 대한 비율 △T2/△T1이 소정 범위 내가 되도록 제어될 수 있다.
예를 들면, 상기 비율 △T2/△T1의 하한은, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8 또는 0.85 정도일 수 있고, 그 상한은, 1, 0.95, 0.9, 0.85, 0.8, 0.75 또는 0.7 정도일 수 있다. 상기 비율 △T2/△T1은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 이러한 범위에서 상기 조성물은 필요한 시점에서 액상으로 유지되다가, 기화가 필요한 시점에서 기화가 되면서, 해당 기화가 매우 빠르게 발생할 수 있도록 조성될 수 있다.
상기 조성물은 또한 하기 식 3의 △T3가 소정 범위 내가 되도록 조성될 수 있다.
[식 3]
△T3 = 1.86 × M3
식 3에서, M3는 상기 소화용 조성물에 포함되어 있는 모든 알코올의 상기 기화성 용매에 대한 몰랄 농도이다. 즉, 상기 M3는, 상기 용매 1 kg 당 상기 알코올의 몰수이다. 조성물 내에서 알코올이 2종 이상 존재하는 경우에 각각의 알코올에 대해서 상기 △T3를 계산하고, 이를 합산하여 식 3의 △T3로 한다.
△T3의 상한은, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 또는 0 정도일 수 있고, 그 하한은 0 정도일 수 있다. 상기 △T3는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다.
△T3가 상기 범위 내라는 것은, 조성물 내에 알코올이 실질적으로 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 알코올, 예를 들면, 에틸렌글리콜 등은 종전 빙점을 조절하기 위한 첨가제로 사용되고 있던 물질이지만, 본 명세서에서 개시하는 소화용 조성물의 성상에서는 적절한 빙점 조절 효과를 나타내지 못하고, 기화의 형태를 적절하게 제어하지 못하며, 상기 조성물에 인화성 및/또는 유독성을 부여할 수 있기 때문에, 상기 △T3의 범위 내로 제어하는 것이 적절하다.
상기 소화용 조성물은 추가 성분으로 예를 들면, 탄화성 유기물을 포함할 수 있다. 탄화성 유기물은, 소정 온도의 화염이나 열에 노출되었을 때에 탄화되어서 탄화물을 형성하는 유기물이다. 이러한 유기물에 의해 형성되는 탄화물은 다공성인 경우가 많고, 그에 따라 단열 기능을 가질 수 있다. 따라서, 조성물이 발열, 발화 또는 폭발에 노출되었을 때에 상기 유기물은 적정한 탄화물을 형성하여 단열 기능을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 후술하는 기체 발생 물질과 함께 적용되는 경우에는 상기 발열, 발화 또는 폭발에 노출되었을 때에 상기 유기물이 탄화물을 형성하는 과정에서 상기 기체 발생 물질에서 발생하는 기체의 작용을 통해 다공성의 탄화물이 보다 효과적으로 형성될 수 있다.
상기 유기물로는, 열이나 화염에 노출되었을 때에 탄화물을 형성하는 물질이라면 특별한 제한 없이 적정 종류가 적용될 수 있다. 또한, 유기물로는, 공지의 유기물 중에서 비인화성이거나 유독성 가스의 배출이 적거나 없는 종류가 선택되는 것일 수 있다.
이러한 유기물의 예로는, 솔비톨(Sorbitol)이나 만니톨(Mannitol) 등과 같은 당류, 전분(starch) 또는 덱스트린(dextrins)(예를 들면, MC(Maleated cyclodexdrin)이나 상기 MC의 금속염 등) 등과 같은 다당류(polysaccharide), 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 디펜타에리트리톨(dipentaerythritol), 트리펜타에틸트리톨(tripentaerythritol) 또는 THEIC(tris(hydroxyethyl)isocyanurate) 등과 같은 다가 알코올, 셀룰로오스, BSPPO(bi(4-methoxy-1-phospha-2,6,7-trioxabicyclo[2.2.2]-octan-1-sulfide)phenylphosphate), 리그닌(alkali lignin이나 urea modified liginin 등), 메틸롤 멜라민(methylol melamine)과 같은 멜라민 화합물, 페놀-포름알데히드 수지류(phenol-formaldehyde resins) 및/또는 PA6T(Poly-hexa methylene terephthalamide) 등과 같은 탄화성 고분자(charforming polymer) 등이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄화성 유기물로서 대표적으로 적용될 수 있는 물질은 전분이다. 전분은 상대적으로 입수가 용이하고, 열이나 화염에 노출되었을 때에 적절한 탄화물을 형성할 수 있다. 상기 탄화물을 효율적으로 형성하고, 형성된 탄화물이 목적하는 소화 내지 단열 효과를 효과적으로 발휘하도록 하기 위해서 상기 전분의 종류가 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 전분으로는 아밀로오스(Amylose) 및 아밀로펙틴(Amylopectin)을 포함하고, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 그 비율이 적정 수준으로 조절된 전분이 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 전분으로는 아밀로오스(Amylose) 및 아밀로펙틴(Amylopectin)을 포함하고, 그 비율이 적정 수준으로 조절된 전분이 사용될 수 있다. 공지된 바와 같이, 아밀로펙틴(Amylopectin) 및 아밀로오스(Amylose)는, 주로 식물에서 발견되는 다당류의 일종이고, 다당류 중 전분(starch)은 아밀로오스와 아밀로펙틴으로 구성된다. 아밀로오스는, α (1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 포도당 분자들로 구성되며, 선형 사슬 구조를 가지는 반면, 아밀로펙틴은, 상대적으로 짧고 고도로 분지된 사슬을 가진다. 아밀로오스는, 아밀로펙틴 대비 상대적으로 쉽게 결정화가 되고, 아밀로펙틴은 아밀로오스 대비 상대적으로 물에 대한 용해도가 높다.
상기와 같은 특성을 가지는 아밀로오스와 아밀로펙틴이 적정 비율로 존재하는 전분을 사용하여 목적하는 조성물을 보다 효율적으로 제공할 수 있다.
예를 들어 상기 아밀로오스와 아밀로펙틴을 포함하는 전분에서 상기 아밀로펙틴의 상기 아밀로오스 100 중량부 대비 중량 비율의 하한은, 150 중량부, 200 중량부, 250 중량부 또는 300 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은, 900 중량부, 850 중량부, 800 중량부, 750 중량부, 700 중량부, 650 중량부, 600 중량부, 550 중량부, 500 중량부, 450 중량부, 400 중량부, 350 중량부 또는 300 중량부 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 상기 아밀로오스와 아밀로펙틴의 비율은 본 명세서의 실시예 항목에서 기재한 방식에 따라 측정할 수 있다.
상기 전분으로서, 분자량, 예를 들면, 중량평균분자량(Mw)이 소정 범위 내인 전분이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 전분의 중량평균분자량의 하한은, 200,000 g/mol, 250,000 g/mol, 300,000 g/mol, 350,000 g/mol, 400,000 g/mol, 450,000 g/mol, 500,000 g/mol, 550,000 g/mol, 600,000 g/mol, 650,000 g/mol, 700,000 g/mol, 750,000 g/mol, 800,000 g/mol, 850,000 g/mol, 900,000 g/mol, 950,000 g/mol, 1,000,000 g/mol, 1,500,000 g/mol, 2,000,000 g/mol, 2,500,000 g/mol, 3,000,000 g/mol, 3,500,000 g/mol, 4,000,000 g/mol, 4,500,000 g/mol, 5,000,000 g/mol, 5,500,000 g/mol, 6,000,000 g/mol, 6,500,000 g/mol, 7,000,000 g/mol, 7,500,000 g/mol, 8,000,000 g/mol, 8,500,000 g/mol, 9,000,000 g/mol, 9,500,000 g/mol, 10,000,000 g/mol, 20,000,000 g/mol, 30,000,000 g/mol, 40,000,000 g/mol 또는 50,000,000 g/mol 정도일 수 있고, 그 상한은, 1,000,000,000 /mol, 900,000,000 /mol, 800,000,000 /mol, 700,000,000 /mol, 600,000,000 /mol, 500,000,000 /mol, 400,000,000 /mol, 300,000,000 /mol, 200,000,000 /mol, 150,000,000 /mol, 100,000,000 /mol, 90,000,000 /mol, 80,000,000 /mol, 70,000,000 /mol 또는 60,000,000 /mol 정도일 수 있다. 상기 분자량은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 상기와 같은 분자량(Mw)을 가지는 전분은 열이나 화염에 노출되었을 때에 보다 효과적으로 목적하는 기능(예를 들면, 단열 기능)을 가지는 탄화물을 형성할 수 있다.
포함되는 경우에 소화용 조성물에서 상기 기화성 용매 100 중량부 대비 상기 탄화성 유기물의 중량 비율의 하한은, 1 중량부, 2 중량부, 3 중량부, 4 중량부, 5 중량부, 6 중량부, 7 중량부, 8 중량부, 9 중량부 또는 10 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은 100 중량부, 90 중량부, 80 중량부, 70 중량부, 60 중량부, 50 중량부, 40 중량부, 30 중량부, 20 중량부, 10 중량부, 5 중량부 또는 3 중량부 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 이러한 비율로 포함된 탄화성 유기물은, 조성물 내에서 필요 시에 탄화물을 효과적으로 형성할 수 있고, 상기 조성물이 전체적으로 우수한 취급성과 보관 안정성을 가지도록 할 수 있다.
상기 조성물은 적절한 소화 기능의 확보를 위해서 추가 성분으로서, 예를 들면, 소화 약제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 소화 약제는, 상기 탄화성 유기물의 탄화 작용 및/또는 후술하는 기체 발생 물질의 기체 생성을 촉진할 수 있다. 예를 들면, 상기 소화 약제는 고온에서 산 또는 산 계열의 염이나 이온 등을 형성하고, 이러한 성분은 상기 탄화 작용 및 기체 생성 과정을 촉진시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 소화 약제의 종류에 따라서는 상기 탄화물에 난연성을 부여하거나, 혹은 단독으로 난연성을 나타내는 성분을 형성할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 소화 약제는 고온에서의 분해 등에 의해 인산 계열의 물질을 형성하고, 이러한 물질은 중합되어서 난연성을 가질 수 있다. 이에 따라서 상기 소화 약제는, 상기 조성물에 포함되어 상기 조성물이 이상 발열, 발화 및/또는 폭발에 대응할 수 있도록 할 수 있다.
이러한 물질은, 상기 용매(예를 들면 물)에 대해서 일정 수준 이상의 용해도를 가지는 것이 적절하다. 상기 용매에 대한 용해도를 조절하는 것에 의해서 조성물 내에서 응집이나 상분리 현상을 발생시키지 않고, 또한 전술한 탄화물의 형성 작용 및/또는 난연제의 형성이 보다 효과적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 소화 약제의 용해도의 하한은, 5 g, 10 g, 15 g, 20 g, 25 g, 30 g, 35 g 또는 40 g 정도일 수 있고, 그 상한은 1000 g, 900 g, 800 g, 700 g, 600 g, 500 g, 400 g, 300 g, 200 g, 100 g, 90 g, 80 g, 70 g, 60 g, 50 g, 40 g 또는 30 g 정도일 수 있다. 상기 용해도는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 상기 용해도는, 25℃의 물 100 g에 최대로 용해될 수 있는 소화 약제의 무게(g)이고, 이는 본 명세서의 실시예 항목의 "2. 용해도 평가"에 기재된 방식으로 평가한다.
상기 소화 약제로는, 상기 용해도를 가지는 것을 적절하게 선택하여 사용할 수 있으며, 그 예에는, 인산, 인산염 등의 인산 화합물, 포스포네이트 화합물 또는 포스페이트 화합물이 포함된다. 상기 소화 약제는, 예를 들면, 제 1 또는 제 2 인산 암모늄, 우레아 포스페이트, 구아닐 우레아 포스페이트 또는 암모늄 폴리포스페이트 등일 수 있고, 상기 중에서 1종 또는 2종 이상이 선택되어 사용될 수 있다. 또한, 상기 소화 약제는, 공지의 소화 약제 중에서 비인화성이거나 유독성 가스의 배출이 적거나 없는 종류가 선택될 수 있다.
포함되는 경우에 상기 소화 약제의 상기 기화성 용매 100 중량부 대비 중량 비율의 하한은, 1 중량부, 2 중량부, 3 중량부, 4 중량부, 5 중량부, 6 중량부, 7 중량부, 8 중량부, 9 중량부, 10 중량부, 11 중량부, 12 중량부, 13 중량부, 14 중량부, 15 중량부, 16 중량부, 17 중량부, 18 중량부, 19 중량부 또는 20 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은 100 중량부, 90 중량부, 80 중량부, 70 중량부, 60 중량부, 50 중량부, 40 중량부, 30 중량부, 20중량부 또는 10 중량부 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 이러한 비율로 포함된 소화 약제는, 조성물 내에서 필요 시에 열이나 화염에 대한 효과적인 진압 효과 및 다공성 탄화물의 형성 효과를 발휘하고, 조성물이 전체적으로 우수한 취급성과 보관 안정성을 가지도록 할 수 있다.
본 명세서는 상기 조성물에 기체 발생 물질을 추가로 포함할 수 있다. 조성물에 포함될 수 있는 기체 발생 물질은, 열이나 화염에 노출되었을 때에 기체를 발생시키는 물질이다. 이와 같이 발생한 기체는, 상기 열이나 화염을 직접 진화하는 작용을 할 수도 있으며, 상기 탄화성 유기물에 의해 탄화물이 형성되는 과정에서 상기 탄화물이 보다 다공성이 되도록 하는 기능을 수행할 수도 있다.
상기 기체 발생 물질에 의해서 발생하는 기체의 종류는 다양한 종류의 기체 발생 물질을 사용할 수 있으나, 공지의 기체 발생 물질 중에서 비인화성이거나 유독성 가스의 배출이 적거나 없는 종류가 선택될 수 있다. 기체 발생 물질에 의해 발생하는 기체의 종류는, 예를 들면, 질소 가스, 이산화탄소 및/또는 수증기 등일 수 있다.
상기와 같은 기체를 발생시키는 물질은 다양하게 알려져 있다. 예를 들면, 상기 질소 가스를 발생시키는 물질로는, 멜라민, 인산염, 구아니딘, 우레아, 멜라민 피로포스페이트, 다이사이안다이아마이드, 구아닐우레아 포스페이트 및 글리신 등이 예시될 수 있고, 이산화탄소를 발생시키는 물질로는, 탄산수소칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼슘 및 탄산수소마그네슘 등이 예시될 수 있으며, 수증기를 발생시키는 물질로는, 수산화칼슘, 이수산화마그네슘 및 삼수산화알루미늄 등이 예시될 수 있지만, 본 명세서에서 적용 가능한 물질이 이에 한정되는 것은 아니다.
기체 발생 물질로는 상기 기술한 종류 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합으로 사용될 수 있다.
기체 발생 물질이 포함되는 경우에 상기 기화성 용매 100 중량부 대비 상기 기체 발생 물질의 중량 비율의 하한은, 1 중량부, 2 중량부, 3 중량부, 4 중량부, 5 중량부, 6 중량부, 7 중량부, 8 중량부, 9 중량부 또는 10 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은 100 중량부, 90 중량부, 80 중량부, 70 중량부, 60 중량부, 50 중량부, 40 중량부, 30 중량부, 20 중량부 또는 10중량부 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다. 이러한 비율로 포함된 기체 발생 물질은, 조성물 내에서 필요 시에 열이나 화염에 대한 효과적인 진압 효과 및 다공성 탄화물의 형성 효과를 발휘하고, 조성물이 전체적으로 우수한 취급성과 보관 안정성을 가지도록 할 수 있다.
상기 조성물은 추가 성분으로서 흡수성 폴리머를 추가로 포함할 수 있다.
흡수성 폴리머는, 물을 흡수할 수 있는 성질을 가지는 폴리머이다. 하나의 예시에서 상기 흡수성 폴리머는, 일반적으로 가교된 친수성 폴리머로 정의되는 소위 하이드로겔 폴리머(Hydrogel Polymer) 또는 하이드로겔(Hydrogel)일 수 있다. 이러한 폴리머는, SAP(Super Absorbent Polymer)으로도 알려져 있다.
상기 흡수성 폴리머는, 자체 무게의 수십 내지 수천배의 수분을 흡수할 수 있는 재료이다. 이러한 재료는 본 명세서의 조성물이 전체적으로 겔 상태로 존재할 수 있도록 하며, 그에 따라 취급성과 보관 안정성이 확보되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 흡수성 폴리머의 종류에는 특별한 제한은 없으며, 일반적으로 SAP으로 적용될 수 있는 폴리머라면 제한 없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 흡수성 폴리머로는, 공지의 흡수성 폴리머 중에서 비인화성이거나 유독성 가스의 배출이 적거나 없는 종류가 선택될 수 있다.
통상 흡수성 폴리머로는, 폴리아크릴레이트 계열의 비닐계 폴리머가 사용된다. 상기에서 폴리아크릴레이트 계열의 폴리머는, 아크릴레이트 계열의 단량체로 제조된 폴리머이고, 필요한 경우에 다른 공지의 단량체가 추가로 상기 폴리머의 형성에 사용될 수 있다.
상기 흡수성 폴리머가 본 명세서에서 개시하는 용도에 적합한 특성을 나타낼 수 있도록 그 흡수 특성이 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 흡수성 폴리머의 EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)법 WSP 241.3에 따른 원심분리 보수능(CRC)의 하한은, 12 g/g, 13 g/g, 14 g/g, 15 g/g, 16 g/g, 17 g/g, 18 g/g, 19 g/g, 20 g/g, 21 g/g, 22 g/g, 23 g/g, 24 g/g, 25 g/g, 26 g/g, 27 g/g, 28 g/g, 29 g/g, 30 g/g, 31 g/g, 32 g/g 또는 33 g/g 정도일 수 있고, 그 상한은, 60g/g, 55 g/g, 50 g/g, 45 g/g, 40 g/g 또는 35 g/g 정도일 수 있다. 상기 보수능(CRC)은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다.
위와 같은 흡수능을 가지는 흡수성 폴리머는, 본 명세서의 조성물의 다른 성분과 조합되어 목적하는 특성을 발휘할 수 있도록 할 수 있다.
상기 흡수성 폴리머는 일 예시에서 입자상 폴리머일 수 있는데, 이 때 상기 흡수성 폴리머의 평균 입경의 하한은, 10 μm, 50 μm, 100 μm 또는 140 μm 정도일 수 있고, 그 상한은 1000 μm, 950 μm, 900 μm, 850 μm, 800 μm, 750 μm, 700 μm, 650 μm, 600 μm, 550 μm, 500 μm, 450 μm, 400 μm, 350 μm, 300 μm, 250 μm 또는 200 μm 정도일 수 있다. 상기 평균 입경은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이거나, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위일 수 있다. 이러한 평균 입경은, NWSP 210.0.R2(15)에 규정된 방식에 따라 측정될 수 있다.
상기 조성물에 상기 흡수성 폴리머가 포함되는 경우, 상기 흡수성 폴리머의 상기 기화성 용매 100 중량부 대비 중량 비율의 하한은, 1.0 중량부, 1.5 중량부, 2.0 중량부, 2.5 중량부, 3.0 중량부, 3.5 중량부, 4.0 중량부, 4.5 중량부 또는 5.0 중량부 정도일 수 있고, 그 상한은, 20.0 중량부, 19.5 중량부, 19.0 중량부, 18.5 중량부, 18.0 중량부, 17.5 중량부, 17.0 중량부, 16.5 중량부, 16.0 중량부, 15.5 중량부, 15.0 중량부, 14.5 중량부, 14.0 중량부, 13.5 중량부, 13.0 중량부, 12.5 중량부, 12.0 중량부, 11.5 중량부, 11.0 중량부, 10.5 중량부, 10.0 중량부, 9.5 중량부, 9.0 중량부, 8.5 중량부, 8.0 중량부, 7.5 중량부, 7.0 중량부, 6.5 중량부, 6.0 중량부, 5.5 중량부 또는 5.0 중량부 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 상한 이하 또는 미만이면서, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과의 사이의 범위 내일 수 있다.
상기 조성물은 상기 성분을 포함하고, 필요한 경우에 추가적인 성분을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 조성물은 완충체를 추가로 포함할 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 이상 상태에서 소화 장치에 열이 가해지고, 추가로 순간적인 고압이 가해질 수도 있다. 예를 들어서 도 1과 같은 구조에서 소화 장치(100)에 인접하는 배터리셀(12, 13, 14, 15)이 폭발하거나 빠르게 팽창하면, 소화 장치(100)에는 높은 압력이 가해진다. 이와 같이 가해진 압력에 의해서 소화 장치(100)이 순간적으로 수축하게 되면, 내부에 존재하는 기화성 물질은 미처 기화되기 전에 외부로 배출될 수 있는데, 이러한 배출은 소화 작용을 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
상기 완충체는, 상기와 같이 순간적으로 가해지는 압력에 대한 완충 작용을 할 수 있으며, 그 결과 내부의 기화성 물질의 기화가 충분히 일어나도록 할 수 있다. 또한, 완충체는 경우에 따라서 기화성 물질을 담지하는 역할을 하기도 한다. 즉, 상기 완충체가 후술하는 바와 같이 다공성을 가지거나, 직포, 부직포 또는 펠트 형태인 경우에 상기 완충체는 기화성 물질을 흡수 또는 담지하는 특성을 나타낼 수 있다.
완충체의 종류는, 상기 작용을 할 수 있다면 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 적정한 밀도 및/또는 열분해 온도를 가지는 것을 사용할 수 있다.
예를 들어서, 상기 완충체의 밀도의 상한은 3, 2.5, 2, 1.5, 1.3, 1.1, 0.9, 0.7, 0.5, 0.3, 0.1, 0.08, 0.06 또는 0.04 정도일 수 있고, 그 하한은, 0.001, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1 또는 0.15 정도일 수 있다. 상기 밀도는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 상기 밀도의 단위는 g/cm3이다.
예를 들어서, 상기 완충체의 열분해 온도의 상한은 2,000℃, 1,800℃, 1,600℃, 1,400℃, 1,200℃, 1,000℃, 900℃, 800℃, 600℃, 500℃ 또는 400℃ 정도일 수 있고, 그 하한은, 150℃, 200℃, 250℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃, 650℃, 700℃, 750℃ 또는 800℃ 정도일 수 있다. 상기 열분해 온도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 상기 열분해 온도를 측정하는 방법은 명세서의 실시예 항목의 "11. 열분해 온도"에 기재되어 있다.
완충체로는 상기 밀도 및/또는 열분해 온도를 가지는 것이라면 특별한 제한 없이 공지의 소재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 완충체로는 단열재로서 공지되어 있는 공지의 유리 섬유, 세라믹 섬유 및/또는 미네랄 섬유를 사용할 수 있다. 이러한 무기 섬유는, 다공성 필름, 다공성 시트, 다공성 호일(foil), 울(wool) 또는 펠트 형태와 같은 직포 또는 부직포 형태일 수 있다.
또한, 완충체로는, 예를 들면, 다양한 금속폼과 같은 무기폼(Inorganic foam), 글래스울(Glass wool), 미네랄울(mineral wool), 유리 섬유 또는 미네랄 섬유 등으로 되는 직포, 부직포 또는 펠트 등이나 후술하는 탄화성 유기물로 형성되는 폼(foam), 직포, 부직포 또는 펠트 등도 사용될 수 있다.
완충체로는 또한 소위 웻겔(wet gel) 등으로 불리는 무기 겔(예를 들면, 실리카 겔 등) 등도 사용할 수 있다.
완충체로는 상기 다양한 종류 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 조합이 사용될 수도 있다.
완충체의 사이즈는 상기 밀폐 공간의 크기에 따라 결정되는 것으로 특별한 제한은 없다. 예를 들어서, 상기 완충체가 전술한 다공성 필름, 다공성 시트, 다공성 호일(foil), 울(wool), 직포, 부직포 또는 펠트 형태인 경우에 해당 완충체의 두께의 하한은, 0.1 mm, 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm 또는 2.5 mm 정도일 수 있고, 그 상한은, 20 mm, 15 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm 또는 3 mm 정도일 수 있다. 상기 두께는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
상기 조성물은 전술한 성분의 조합을 통해서 목적하는 소화 효과 등을 포함한 유리한 물성을 나타낼 수 있다.
상기 조성물은 제어된 점도 및/또는 요변성 지수를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 조성물의 점도의 하한은, 30,000 cP, 40,000 cP, 50,000 cP, 60,000 cP, 70,000 cP, 80,000 cP, 90,000 cP, 100,000 cP, 110,000 cP, 120,000 cP, 130,000 cP, 140,000 cP, 150,000 cP 또는 155,000 cP 정도일 수 있고, 그 상한은, 600,000 cP, 550,000 cP, 500,000 cP, 450,000 cP, 400,000 cP, 350,000 cP, 300,000 cP, 250,000 cP, 200,000 cP, 150,000 cP, 100,000 cP, 90,000 cP, 80,000 cP 또는 70,000 cP 정도일 수 있다. 상기 점도는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 이러한 점도는 상온(약 25℃) 및 0.5 rpm의 회전 속도에서 측정한 수치이고, 구체적인 측정 방법은 실시예 항목에 기재되어 있다.
예를 들면, 상기 조성물의 요변성 지수의 하한은, 2, 4, 6, 8, 10 또는 10.5 정도일 수 있고, 그 상한은, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 8 또는 6 정도일 수 있다. 상기 요변성 지수는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 이러한 요변성 지수는, 상온(약 25℃) 및 0.5 rpm의 회전 속도에서 측정한 점도를 상온(약 25℃) 및 5 rpm의 회전 속도에서 측정한 점도로 나누어서 구해지는 값이고, 구체적인 측정 방법은 실시예 항목에 기재되어 있다.
위와 같은 점도 및/또는 요변성 지수를 가지는 조성물은 우수한 취급성 및 보관 안정성 등을 나타낼 수 있다.
상기 조성물은, 소정의 잠열(latent heat) 특성을 나타낼 수 있다. 잠열은 통상 어떤 물질이 온도 변화 없이 상태 변화(Phase transition)를 일으키는 것에 필요한 열량으로 정의된다. 그렇지만, 상기 조성물이 상기 잠열을 나타낼 때에 반드시 전체적으로 상태 변화를 일으켜야 하는 것은 아니다. 잠열은, 상기 조성물의 적어도 일부 혹은 상기 조성물이 포함하는 성분의 상태 변화에 과정에서 발생할 수 있다.
조성물이 잠열을 나타낸다는 것은, 후술하는 실시예에 기재된 방식으로 진행된 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 분석에서 조성물이 소정 온도 범위에서 흡열 피크를 나타내는 것을 의미한다. 상기 조성물이 상기 잠열을 나타내는 과정은 등온 과정(isothermal process)이거나 그와 유사한 과정일 수 있다. 따라서, 상기 조성물은 발열하는 제품에 적용되어 상기 제품의 온도를 균일하게 유지하면서, 상기 열을 제어할 수 있으며, 하나의 제품에서 발생한 이상 발열, 폭발 및/또는 발화가 인접하는 다른 제품에 미치는 영향을 최소화 또는 방지할 수 있다.
상기 조성물이 나타내는 잠열의 하한은, 예를 들면, 500 J/g, 550 J/g, 600 J/g, 650 J/g, 700 J/g, 750 J/g, 800 J/g, 850 J/g, 900 J/g, 950 J/g, 1000 J/g, 1100 J/g, 1200 J/g 또는 1300 J/g 정도일 수 있고, 그 상한은, 3000 J/g, 2800 J/g, 2600 J/g, 2400 J/g, 2200 J/g, 2000 J/g, 1800 J/g, 1600 J/g, 1400 J/g, 1200 J/g, 1000 J/g 또는 900 J/g 정도일 수 있다. 상기 잠열은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
상기 조성물의 상기 잠열을 나타내기 시작하는 on-set 온도의 범위의 하한은, 예를 들면, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃ 또는 95℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 200℃, 180℃, 160℃, 140℃, 120℃, 100℃, 90℃ 또는 80℃ 정도일 수 있다. 상기 on-set 온도는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만이면서 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내에서 확인될 수 있다. 상기 on-set 온도는, 상기 DSC 분석의 흡열 피크 구간의 left on-set 지점의 온도를 의미한다.
상기 조성물의 상기 잠열을 나타내는 온도 구간의 하한은, 예를 들면, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃, 95℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 150℃, 160℃, 170℃ 또는 180℃ 정도일 수 있고, 그 상한은, 300℃, 280℃, 260℃, 240℃, 220℃, 200℃, 180℃ 또는 160℃ 정도일 수 있다. 상기 온도 구간은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만이면서 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내에서 확인될 수 있다. 상기 온도 구간은, 상기 DSC 분석의 흡열 피크 구간의 right on-set 지점의 온도에서 left on-set 지점의 온도를 뺀 값이다.
또한, 상기 조성물은 전술한 물성이 훼손되지 않는 한, 다양한 종류의 공지의 첨가제를 추가로 포함할 수도 있다. 이 경우 첨가제의 종류에는 특별한 제한은 없다. 다양한 종류의 첨가제를 사용할 수 있으나, 공지의 첨가제 중에서 비인화성이거나 유독성 가스의 배출이 적어나 없는 종류가 선택되는 것이 적절할 수 있다.
본 명세서는 또한 상기 조성물을 포함하는 소화 장치를 개시한다. 상기 소화 장치는, 상기 조성물을 적정한 케이스 내에 로딩하여 제조할 수 있다.
상기 소화 장치는, 내부에 밀폐 공간을 가지는 케이스와 상기 밀폐 공간에 존재하는 기화성 용매 또는 상기 조성물을 포함한다. 상기 조성물은, 전술한 소화용 조성물일 있으며, 상기 기화성 용매는 상기 조성물의 일 성분일 수 있다.
상기 케이스는, 상기 기화성 용매 또는 조성물을 유지하는 용기이다. 상기 케이스는 내부에 상기 밀폐 공간을 가지거나, 또는 그 밀폐 공간을 형성할 수 있도록 준비된다. 이 때, 케이스가 내부에 밀폐 공간을 형성할 수 있도록 준비된다는 것은, 상기 케이스의 내부에 상기 밀폐 공간이 형성되어 있는 상태 또는 상기 케이스의 내부에 일정 공간이 존재하고, 그 공간이 밀폐된 상태는 아니지만, 개방 부분을 밀폐하는 방식으로 밀폐 공간을 형성할 수 있도록 케이스가 존재하는 것을 의미한다.
이러한 케이스의 밀폐 공간은 벤트 영역을 가질 수 있다. 용어 벤트 영역은, 제 1 상태에서는 밀봉되어 상기 공간의 밀폐 상태가 유지될 수 있도록 존재하지만, 제 2 상태에서는 개방되어 상기 공간 내부에 있는 물질의 배출이 가능하도록 하는 영역을 의미할 수 있다. 상기 제 2 상태는, 예를 들면, 상기 조성물 또는 소화 장치가 적용된 환경에서 정상적이지 않은 발화, 발열 및/또는 폭발이 발생한 상태를 의미하고, 상기 제 1 상태는, 상기 정상적이지 않은 발화, 이상 발열 및 이상 폭발이 발생하지 않은 상태를 의미할 수 있다.
이러한 벤트 영역은 후술하는 방식으로 형성할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 케이스는, 소정 범위의 WVTR(Water Vapor Transmission Rate)을 가지거나, 혹은 그러한 WVTR을 가지는 부위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 적어도 상기 밀폐 공간을 형성하는 상기 케이스의 부위는 소정 범위의 WVTR(Water Vapor Transmission Rate)을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 케이스의 상기 WVTR의 상한은, 10, 9.5, 9, 8.5, 8, 7.5, 7, 6.5, 6, 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 1, 0.5, 0.45, 0.4, 0.35, 0.3, 0.25, 0.2, 0.15, 0.1, 0.05 또는 0.01 정도일 수 있고, 그 하한은, 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5 정도일 수 있다. 상기 WVTR은, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 상기 WVTR은 상기 기재한 범위 내에서 본 명세서의 실시예 항목에 개시된 범위에 가까울수록 더 우수한 효과가 확보될 수 있다. 상기 WVTR의 단위는 g/m2·day이고, 이는 본 명세서의 실시예 항목의 "7. WVTR(Water Vapor Transmission Rate) 평가"에 기재된 방식으로 측정한다.
하나의 예시에서 적어도 상기 케이스 내에 밀폐 공간이 형성되었을 때에, 상기 밀폐 공간을 형성하는 케이스의 전체 면적의 일정 수준 이상이 상기 기재된 범위의 WVTR을 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 케이스의 전체 면적 중 일정 비율 이상의 면적에서 상기 기술한 범위의 WVTR을 확인할 수 있다. 예를 들면, 상기 케이스의 전체 면적 중 상기 기술한 범위의 WVTR을 가지는 부분의 면적의 비율의 하한은, 80%, 85%, 90%, 95%, 97% 또는 99% 정도일 수 있고, 그 상한은 100% 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
다른 예시에서 상기 케이스 중 상기 밀폐 공간을 형성하고 있는 부분의 면적 중 일정 수준 이상의 면적이 상기 기술한 범위의 WVTR(Water Vapor Transmission Rate)을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 밀폐 공간을 형성하고 있는 케이스 부분의 면적 중 상기 기술한 범위의 WVTR을 나타내는 부분의 면적의 비율의 하한은, 80%, 85%, 90%, 95%, 97% 또는 99% 정도일 수 있고, 그 상한은 100% 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
상기 내용은, 케이스 내부의 밀폐 공간은 실질적으로 상기 기술한 범위의 WVTR을 가지는 영역으로 전체적으로 둘러싸여 있다는 것을 의미한다. 이러한 구성에 의해서 후술하는 소화 장치 내부의 순간적인 내부압의 상승을 효과적으로 유발할 수 있다.
상기 소화 장치는, 정상 상태에서는 내부의 기화성 용매 또는 조성물을 안정적으로 유지하고 있다가, 이상 상태에서 상기 기화성 용매, 조성물의 전부 또는 일부 또는 그 기화물을 외부로 방출할 수 있도록 구성된다. 상기 이상 상태는, 예를 들면, 정상적이지 않은 발열, 발화 및/또는 폭발 내지는 상기 TR 및/또는 TP가 발생하거나, 발생의 위험성이 있는 상태일 수 있다.
상기 소화 장치가 배터리 모듈에 적용된 경우를 가정하여 설명한다.
도 1은, 상기 소화 장치(S)가 배터리 모듈에 적용된 경우의 모식도이다. 도 1과 같이 배터리 모듈은, 복수의 배터리셀(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 인접 배치시켜 구성될 수 있는데, 상기 소화 장치(S)는, 도면과 같이 배터리셀과 배터리셀의 사이(예를 들면, 도 1의 12와 13의 사이 및 도 1의 14와 15의 사이)에 배치될 수 있다.
상기 소화 장치(S)은 정상 상태에서는 내부에 기화성 용매 등을 유지하고 있다. 이상 상태에서 소화 장치(S)의 기화성 용매 등은, 예를 들면, 전술한 벤트 영역 등을 통해서 방향성을 가지면서 분출(도 1의 점선 화살표)되고, 그에 의해서 정상적이지 않은 발열, 발화 및/또는 폭발에 따른 고온이나 화염에 대응할 수 있다. 도 1에서는 물질이 소화 장치(S)의 상단과 하단의 양 방향에서 분출되는 경우가 기재되어 있으나, 상기 분출 방향이 도 1에 제한되는 것은 아니다. 상기 분출 방향은 소화 장치(S)의 하나의 방향으로 될 수도 있고, 2개 이상의 방향이 될 수도 있다. 이러한 분출 방향은 벤트 영역의 형성을 통해서 조절할 수 있다.
소화 장치가 이상 상태에서 상기 기능을 효과적으로 수행하기 위해서는, 정상 상태에서 케이스 내부에 존재하는 기화성 용매 등이 안정적으로 유지될 것과 이상 상태 발생 시에 빠르게 상기 기화성 용매 등을 가급적 기화된 상태로 모두 외부로 배출하여 소진할 수 있을 것이 요구된다. 상기 소화 장치는, 상기 요구 조건을 충족시킬 수 있다.
상기 소화 장치가 상기 작용을 하는 원리를 설명한다.
도 2는, 도 1의 소화 장치(S)만을 따로 표시한 것이다. 도 1과 같은 구성에서 배터리셀 중 적어도 하나에 비정상적인 발열, 발화 및/또는 폭발이 발생하게 되면, 도 2의 실선 화살표로 표시된 것과 같이 순간적으로 상기 소화 장치에 일정 수준 이상의 높은 열이 가해지게 된다. 소화 장치의 내부에 존재하는 기화성 용매는, 상기 가해진 열에 의해서 기화된다. 이와 같이 기화된 물질은, 도 2에서 소화 장치의 케이스(1001)의 내부 밀폐 공간에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이 상기 공간 내에서 전 방향으로 무작위로 전파되는데, 이 때 상기 케이스(1001)의 밀폐 공간이 전술한 WVTR을 가지는 부위에 의해서 실질적으로 둘러싸인 상태라면, 상기 기화된 물질이 외부로 방출될 수 없기 때문에, 케이스(1001)의 내부는 순간적으로 매우 고압의 상태가 된다. 상기 케이스의 벤트 영역(1002)이 일정 수준 이상의 고압에서 순간적으로 개방되는 경우에, 개방된 벤트 영역(1002)을 통해 내부의 기체가 빠르게 외부로 배출된다.
밀폐 공간을 둘러싸는 케이스의 WVTR이 높지 않다면, 상기 상태에서 케이스(1001)의 내부압이 효과적으로 증가하지 않거나, 증가 속도가 늦어져서 벤트 영역(1002)의 개방이 효과적으로 이루어지지 않거나, 벤트 영역(1002)이 개방되는 경우에도 내부압이 충분하지 않아서 기화된 물질의 일부가 외부로 배출되어 소진되지 않고 잔존하거나, 배출 속도가 지나치게 늦어질 수 있다.
케이스의 WVTR을 낮게 유지하는 경우, 정상 상태에서 내부 물질의 보관 안정성을 확보할 수 있는 추가적인 효과도 있다.
또한, 상기 조성물이 전술한 이온성 화합물 등을 포함하고, △T1 및 △T2 등을 만족하는 것에 의해서 상기 효과가 극대화될 수 있다.
상기 벤트 영역을 형성하는 방법은, 특별히 제한되지 않는다. 밀폐 공간을 형성하는 케이스의 내부압이 일정 수준이 되었을 때에 개방될 수 있도록 설계하여 상기 벤트 영역을 형성할 수 있다. 예를 들면, 밀폐 공간을 형성하는 케이스 중 일부 영역을 다른 영역 대비 낮은 강도를 가지도록 구성하는 경우에 증가된 내부 압력에 의해서 상기 낮은 강도를 가지는 부분이 개방될 수 있다. 또한, 핫 멜트 소재 등을 사용한 밀봉을 통해서 밀폐 공간을 형성함으로써, 소정 온도에서 용융에 의한 개방이 일어나도록 하는 방법 등도 사용할 수 있다. 다른 방법으로 밀폐 공간을 형성하는 케이스의 일정 부분만을 다른 영역 대비 얇은 두께를 가지도록 함으로써도 상기 벤트 영역을 형성할 수 있다. 이러한 벤트 영역을 형성하는 방법은 당업자가 쉽게 채용할 수 있다.
예를 들어서, 상기 소화 장치가 배터리 모듈 내지 팩에 적용되는 경우에, 적용의 편의성을 위해서 상기 케이스는 배터리셀과 같은 형태인 각형 케이스, 파우치형 케이스 및/또는 원통형 케이스로 할 수 있다. 이러한 경우에 각형 또는 원통형 케이스에서 밀폐 공간을 형성하는 덮개의 결합 강도를 제어하는 방식으로도 벤트 영역을 형성할 수 있다.
상기 케이스는, 전술한 WVTR을 만족시킬 수 있는 것이라면 공지의 소재를 사용하여 구성할 수 있고, 상기 소재는 단층 또는 2층 이상의 단층 구조를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 케이스는, 적절한 유기층 및/또는 무기층 중 상기 범위의 WVTR을 나타낼 수 있는 소재를 사용하여 형성할 수 있다.
상기 유기층으로는, 예를 들면, 공지의 고분자 필름 또는 시트가 사용될 수 있다. 유기 필름으로는, 셀룰로오스계 고분자 필름; COP(cyclo olefin copolymer) 필름; 아크릴 고분자 필름; 폴리올레핀 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; PVC(poly(vinyl chloride)) 필름, PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone) 필름; PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름 등과 같은 폴리에스테르 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름 및/또는 PAR(polyarylate) 필름 등이 예시될 수 있다.
예를 들면, 상기 무기층으로는 금속층, 금속 산화물층, 금속 질화물층 또는 금속 산질화물층 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 무기층은, In, Sn, Pb, Au, Cu, Ag, Zr, Hf, Zn. Al, Si, La, Ti 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 금속층, 금속 산화물층, 금속 질화물층 또는 금속 산질화물층 등일 수 있다. 예를 들면, 상기 소재의 호일(foil), 시트 또는 필름을 적용하거나, 상기 금속층, 금속 산화물층, 금속 질화물층 또는 금속 산질화물층을 적정한 기재에 증착 등에 의해 형성한 층을 사용할 수 있다.
케이스를 형성하는 소재는 상기 무기층 및 유기층에서 선택된 어느 하나의 단층이거나, 상기 층 중 2층 이상이 적층된 다층 구조일 수 있다.
상기 무기층 및/또는 유기층의 두께는 목적하는 WVTR 등의 물성을 고려하여 선택되는 것으로서 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 두께의 하한은, 1 μm, 5 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 25 μm 또는 30 μm 정도일 수 있고, 그 상한은, 5,000 μm, 4,000 μm, 3,000 μm, 2,000 μm, 1,000 μm, 500 μm, 200 μm, 150 μm, 100 μm, 90 μm, 80 μm, 70 μm, 60 μm, 50 μm, 40 μm 또는 30 μm 정도일 수 있다. 상기 두께는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
상기 소화 장치는 상기 작용이 보다 효과적으로 수행되도록 추가 구성을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 소화 장치는, 열전도층을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 열전도층은, 소화 장치 내의 적절한 위치에 존재할 수 있다. 예를 들면, 상기 소화 장치에서 상기 케이스와 상기 기화성 용매 또는 조성물의 사이에 상기 열전도층이 존재하거나, 혹은 상기 케이스와 인접하여 상기 열전도층이 존재할 수 있다.
도 3은, 도 2의 소화 장치에서 상기 열전도층(2001)이 추가된 경우의 예시이다. 상기 열전도층은 케이스의 내부의 다른 위치에 존재할 수 있고, 그 수도 1개 또는 2개 이상의 복수일 수 있다.
용어 열전도층은, 열전도도(20℃ 기준)가 아래 기술한 범위인 층이다. 상기 열전도층의 열전도도(20℃ 기준)의 하한은, 15, 18, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 또는 400 정도일 수 있고, 그 상한은, 2,000, 1,500, 1,000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100 또는 50 정도일 수 있다. 상기 열전도도는, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 상기 열전도도의 단위는 W/mK이다.
열전도층의 종류는 상기 열전도도를 가진다면 특별히 제한되지 않는다. 통상 금속 소재가 우수한 열전도 특성을 가지기 때문에 열전도층으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄, 금, 순은, 텅스텐, 구리, 니켈 또는 백금 등의 금속 소재로 되는 층이 적용될 수 있다.
열전도층의 두께에도 특별한 제한은 없으며, 소화 장치의 규격 등을 고려하여 적정한 두께가 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 열전도층의 두께의 하한은, 1 μm, 5 μm, 10 μm, 15 μm, 50 μm, 75 μm 또는 90 μm 정도일 수 있고, 그 상한은, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 50 μm, 40 μm 또는 30 μm 정도일 수 있다. 상기 두께는, 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 경우에 따라서는, 이상 상태에서 발생한 열은 소화 장치에 균일하게 가해지지 않고, 일정 영역에만 국부적으로 가해질 수도 있다. 그런데, 소화 장치의 내부의 기화성 용매가 신속하게 기화하여 고압 상태를 달성하기 위해서는, 이상 상태에서의 열이 소화 장치에 균일하게 가해져야 한다. 열전도층이 존재하는 경우에 이상 상태에서의 열이 국부적으로 가해지는 경우에도 해당 열을 신속하게 소화 장치에 전체적으로 전달할 수 있고, 이에 따라서 전술한 소화 장치의 소화 작용이 신속하고, 효율적으로 일어날 수 있다.
소화 장치가 상기 효과를 보다 효율적으로 확보하기 위해서, 상기 소화 장치에서 상기 케이스의 내부 공간 또는 밀폐 공간 내에 존재하는 상기 기화성 용매 또는 상기 기화성 용매를 포함하는 상기 조성물의 양이 조정될 수 있다. 예를 들면, 상기 케이스의 내부 공간 또는 밀폐 공간의 전체 부피 내에서 상기 기화성 용매 또는 조성물이 차지하는 부피의 비율의 하한은, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% 또는 95% 정도일 수 있고, 그 상한은, 100% 정도일 수 있다. 상기 비율은, 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과인 범위 내; 또는 상기 기술한 하한 중 임의의 어느 한 하한 이상 또는 초과이면서 상기 기술한 상한 중 임의의 어느 한 상한 이하 또는 미만인 범위 내일 수 있다. 이러한 비율 하에서 전술한 내부압의 신속한 상승을 보다 효과적으로 유도할 수 있다.
본 명세서는 또한 상기 조성물 또는 상기 소화 장치가 적용된 전자 장비 또는 장치를 개시한다.
전자 장비 또는 장치의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 구동, 유지 및/또는 보관 과정에서 이상 발열, 발화 및/또는 폭발의 위험성이 존재하여, 해당 이상 현상이 제어되어야 하는 장비 또는 장치 등에 상기 조성물 또는 소화 장치가 적용될 수 있다.
상기와 같은 장비 내지 장치의 예로는, 대표적으로 배터리가 있다. 특히 복수의 배터리셀을 사용하여 구성한 배터리 모듈에 있어서는 하나의 배터리셀에서 발생하는 이상 발열, 발화 및/또는 폭발이 인접하는 다른 배터리셀에 전파되지 않도록 하는 것이 중요하다.
따라서, 본 명세서는 상기 소화 장치를 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩 등을 개시한다.
이러한 배터리 모듈은, 기본적으로 복수의 배터리셀; 및 상기 배터리셀과 배터리셀의 사이에 배치된 상기 소화 장치를 포함할 수 있다.
상기 소화 장치가 적용되는 한, 상기 배터리 모듈의 구체적인 구성, 예를 들면, 상기 배터리셀 등의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소재가 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리셀로는 공지의 파우치형, 각형 또는 원통형 배터리셀이 적용될 수 있다.
상기 배터리 모듈의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 전술한 바와 같이 배터리셀의 형태와 같은 소화 장치를 제조한 후에 배터리 모듈의 제조 과정에서 필요한 위치에 상기 소화 장치를 위치시키는 방식 등이 사용될 수 있다.
본 명세서는, 소화용 조성물, 소화 장치 및 그 용도에 대한 것이다. 본 명세서는, 구동, 보관 및/또는 유지 과정에서 발열, 발화 및/또는 폭발의 가능성이 있는 제품 내지 소자에 적용되어 상기 발열, 발화 및/또는 폭발에 효과적으로 대응할 수 있는 소화용 조성물, 소화 장치 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 명세서는, 또한 비인화성으로, 인화점이 없거나, 발열, 발화 및/또는 폭발에 대응 가능한 정도의 인화점을 가질 수 있고, 비독성인 소화용 조성물 및 이를 포함하는 소화 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 소화 장치가 적용된 배터리 모듈의 예시적인 도면이다.
도 2는, 소화 장치의 작동을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3은, 소화 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4는, 실시예에서 소화 장치를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 실시예에서 적용한 케이스의 하나의 예시적인 형태를 보여주는 단면이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 명세서에서 개시하는 소화용 조성물 등을 구체적으로 설명하지만, 상기 소화용 조성물 등의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 빙점(freezing temperature) 측정
빙점은, OECD 화학물질 시험 가이드라인 102(OECD Guideline for testing of chemicals 102, adopted by the council on 27th July 1995)에서 규정하는 방법에 의해 1기압 하에서 평가하였다.
2. 용해도 평가
용해도는 ASTM E1148-02 규격을 기준으로 평가하였다. 0℃ 또는 상온(약 25℃)의 물 100 g에 시료가 최대한 용해되는 양을 상기 규격에 따라 평가하여 용해도를 확인하였다.
3. Convection test
바닥부의 두께가 약 0.2 mm 정도인 알루미늄 접시(dish)에 조성물을 로딩하였다. 상기 로딩은 조성물이 두께가 약 3 mm 정도가 되도록 하였다. 상기 알루미늄 접시를 온도 센서(k-type thermocoupler)상에 올렸다. 이어서 상기 접시에 로딩되어 있는 조성물로부터 약 1 인치 정도의 높이에서 수직으로 화염을 인가하였다. 상기 화염은 부탄 가스(220 g 용량의 can type 부탄 가스(미사용 제품))와 토치를 사용하여 인가하였다. 3분 정도 상기 화염을 인가하면서 상기 온도 센서로 온도를 측정하고, 하기 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
PASS: 온도 센서의 측정 온도가 250℃ 미만으로 유지되는 경우
NG: 온도 센서에서 250℃ 이상의 온도가 측정되거나, 알루미늄 접시가 녹는 것이 관찰되는 경우
4. 연쇄 발화 테스트
각형 전지를 약 3 mm의 간격으로 나란히 배치하고, 그 사이에 소화 장치를 위치시켰다. 각형 전지로는, CATL사의 제품(120 Ah, 3.2 V, 사이즈=두께×너비×폭=48×174×165)을 사용하였고, 100% 충전된 상태에서 테스트에 적용하였다. 상기 배치에서 하나의 각형 전지에 SAE J2464:2009 기준에 따라서 전지 발화를 유도하고, 다른 셀에 연쇄 발화 여부를 확인하였다. 상기 전지의 발화는 직경이 약 5 mm인 Nail을 25 mm/sec의 속도로 상기 각형 전지에 관통시켜서 유발하였다(Nail Penetration 방식).
<평가 기준>
PASS: Nail이 관통된 배터리셀 외에 다른 배터리셀에 발화가 발생하지 않는 경우
NG: Nail이 관통된 배터리셀 외에 다른 배터리셀에 발화가 발생하는 경우
5. 분자량 측정
전분의 분자량은, 하기 방식으로 평가하였다.
(1) 이동상의 제조
0.02 중량%의 NaN3를 포함하는 150 mM의 NaNO3 수용액 1000 mL를 solvent clarification system (Millipore Millisolve Kit, MilliporeSigma)으로 여과하여 이동상 A를 제조하였다.
(2) 시료 용액의 제조
분자량을 측정하고자 하는 샘플을 25 mg 취하고, 0.02 중량%의 NaN3를 포함하는 150 mM의 NaNO3 수용액 5 mL와 혼합한 후에 80℃에서 20시간 가열한 후에 0.4μm Nylon Syringe Filter로 여과하여 시료 용액을 제조하였다.
(3) GPC(Gel Permeation Chromatography)/MALS(Multi-Anglue Light Scattering Detection) 조건
상기 시료 용액과 이동상 A를 사용하여 하기 방식으로 분자량을 평가하였다.
측정기: Agilent GPC(Agilent 1200 series, U.S.)
고정상: Shodex OH-Pak 804 컬럼 및 Shodex OH-Pak 80 컬럼 연결
이동상: A; 0.02% NaN3, 150 mM NaNO3 수용액 = 100(v/v %)
흐름 속도: 0.4 mL/min
고정상 온도: 25℃
주입량: 100 μl (0.45 μm filtered)
분석 시간: 120분
6. 아밀로펙틴과 아밀로오스의 함량 측정
전분의 아밀로펙틴과 아밀로오스의 함량은 논문(Potato Research 31 (1988) 241-246)에 기재된 방식에 준하여 평가하였다.
우선 샘플인 전분(starch) 약 5 mg을 약 1 mL의 살균수(sterile water)에 용해시켜서 시료를 제조하고(단계 1), 항온 수조(water bath)에서 95℃로 약 15분 동안 데웠다(단계 2).
이어서 상기 시료 약 20 μl를 큐벳(cuvette)에 넣고(단계 3), 약 980μl의 요오드 용액(iodine solution)을 첨가하고, 혼합하였다(단계 4).
이어서 상기 요오드 용액이 혼합된 시료의 525 nm 및 700 nm 파장에서의 흡광도(absorbance)를 측정하고 각각 기록하였다(단계 5). 상기 흡광도는 KLAB사의 OPTIZEN POP 모델을 사용하여 측정하였다.
약 20 μl의 물을 다른 큐벳에 넣고, 980 μl의 요오드 용액을 첨가하고, 혼합하였다(단계 6). 단계 6의 용액에 대해서 단계 5와 동일하게 525 nm 및 700 nm 파장에서의 흡광도(absorbance)를 측정하고 각각 기록하였다(단계 7).
단계 7에서 얻은 흡광도를 단계 5에서 얻은 흡광도에서 차감하고, 하기 식 C에 따라 아밀로오스의 비율(%)을 확인하였다(단계 8).
[식 C]
Figure PCTKR2024007688-appb-img-000001
식 C에서 PA는 아밀로오스의 비율(%)이고, OD700은 상기 단계 5에서 측정된 700 nm 파장의 흡광도에서 단계 7에서 측정된 700 nm 파장에서의 흡광도를 뺀 값이며, OD525는 상기 단계 5에서 측정된 525 nm 파장의 흡광도에서 단계 7에서 측정된 525 nm 파장에서의 흡광도를 뺀 값이다.
7. WVTR(Water Vapor Transmission Rate) 평가
케이스의 WVTR은 38℃ 및 100%의 상대 습도 조건에서 ASTM F1249의 규격에 따라서 평가하였다.
8. 융점 평가
소화 장치 제조에 적용한 핫 멜트 필름의 융점은, DSC(Differential Scanning Calorimeter) 장비(TA instrument사, Q200 모델)를 사용하여 평가하였다. 평가 시에 온도 구간은 25℃에서 300℃으로 하였다. 온도를 25℃에서 300℃로 약 10℃/분의 속도로 승온하면서 확인되는 흡열 피크 구간의 left on-set 지점과 right on-set 지점을 상전이의 시작과 끝으로 지정하고, 해당 구간의 최대 피크(max peak)의 온도를 융점으로 하였다.
9. CRC(Centrifuge Retention Capacity)
CRC는 EDANA WSP 241.3에 따라 측정하였다. 흡수성 폴리머 약 0.2 g(W0)을 부직포 봉투에 넣고, 밀봉(seal)한 후, 상온에서 생리 식염수에 침수시켰다. 상기 생리 식염수로는 0.9 중량% 농도의 NaCl 수용액을 사용하였다. 상기 상태를 30분 정도 유지하고, 원심 분리기를 이용하여 250 G의 조건에서 상기 봉투로부터 3분 동안 물기를 제거한 후에 봉투의 질량(g, W2)을 측정하였다.
흡수성 폴리머를 포함하지 않는 동일한 부직포 봉투에 대해서도 동일한 작업을 수행하고, 질량(g, W1)을 측정하였다.
측정 결과를 하기 식 A에 대입하여 CRC(g/g)를 계산하였다.
상기 평가는 항온 항습 조건(23±1℃, 상대습도: 50±10%)에서 진행하였다.
[식 A]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1
10. AUP(Absorption Under Pressure)
AUP는, EDANA법 WSP 242.3에 따라 측정하였다. 내경이 약 60 mm인 플라스틱의 원통 바닥에 스테인레스제 400 mesh 철망을 장착하고, 상기 철망상에 흡수성 폴리머 0.0 g(W0) (0.90 g)을 균일하게 살포한 후에 그 위에 0.3 psi의 하중을 균일하게 부여할 수 있는 피스톤을 설치하였다. 상기 피스톤은, 외경 60 mm 보다 약간 작은 것으로서, 상기 원통의 내벽과 틈이 없고, 상하로 움직일 수 있도록 설치하였다. 상기 장치의 중량(g, W3)을 측정하였다.
직경 150 mm의 페트로 접시의 내측에 직경 및 두께가 각각 90mm 및 5mm의 유리 필터를 두고, 생리 식염수를 유리 필터의 윗면과 동일 레벨이 되도록 가하였다. 생리 식염수로는 0.9 중량%의 농도의 NaCl 수용액을 사용하였다. 그 위에 직경 90mm의 여과지 1장을 실었다. 여과지 위에 상기 측정 장치를 올리고, 상기 생리 식염수를 0.3 psi 하중 하에서 1시간 동안 흡수시켰다. 그 후 측정 장치를 들어올리고, 그 중량(g, W4)을 측정하였다.
얻어진 값을 하기 식 B에 대입하여 AUP(g/g)를 평가하였다.
상기 평가는 항온 항습 조건(23±1℃, 상대습도: 50±10%)에서 진행하였다.
[식 B]
AUP(g/g) = [W4(g) - W3(g)]/W0(g)
11. 열분해 온도
열분해 온도는, TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석으로 확인하였다. Mettler-Toledo사의 TGA e850 장비를 사용하여 N2 flow 분위기에서 시료의 온도를 약 20℃부터 5℃/분의 속도로 승온시키면서 질량 손실(weight loss)이 5% 이상이 되는 지점을 열분해 온도로 규정하였다.
12. 인화성 평가
빙점 조절제의 인화성은 ASTM D93 규격에 따라서 평가하였다. 시료(ignition source)를 100mL의brass test cup에 상기 cup의 약 90부피% 정도의 양으로 넣고, 약 100회/min으로 교반하고, 점화원의 직경을 약 3.2 mm 내지 4.8 mm로 하여, 온도를 5℃/min의 속도로 승온하면서 인화점을 평가하였다.
상기 평가 시에 시료가 인화되지 않고 기화되는 경우로써, 인화점을 가지지 않거나, 인화점이 120℃ 이상인 시료는 PASS로 평가하였고, 인화되는 경우에 해당 인화 시의 온도를 인화점으로 하여 NG로 평가하였다.
13. 유독성 가스 발생 여부 평가
유독성 가스의 발생 여부는, ASTM D4599-21 규격에 따라서 length-of-stain colorimetric dosimeters를 사용하여 평가하였다. 상기 length-of-stain colorimetric dosimeters는 색에 따라서 농도의 측정이 가능한 튜브이고, 유독성 가스별로 측정용 튜브가 정해져 있다. 대상 물질에서 발생하는 가스 시료를 약 1분가량 포집하여 정량하였다. 상기 length-of-stain colorimetric dosimeters의 개방부(open end)에 용량 100ml의 주사기를 활용하여 시료를 주입한 후에 8 시간 정도 유지한 후 가스별로 농도를 측정하였다. 상기 방법으로 측정한 유독성 가스는 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스였다.
14. 발화성 여부
소화용 조성물을 알루미늄 캔에 넣고, 발화성을 평가하였다. 상기 알루미늄 캔으로는 두께가 약 3 mm정도인 알루미늄 호일을 사용하여 상단이 개방된 봉투 형태로 제조된 것을 사용하였다. 상기 캔 형태의 가로 및 세로의 길이는 각각 9 cm 및 12 cm 정도이고, 내부의 부피는 약 32.4 cm3 정도였다.
상기 캔의 내부에 소화용 조성물을 채우고, 상기 캔의 상단을 개방한 상태로 상기 캔의 측면 중 일면에 약 1 인치 정도의 거리를 두고 수직으로 화염을 인가하였다. 상기 화염은 부탄 가스(220 g 용량의 can type 부탄 가스(미사용 제품))와 토치를 사용하여 인가하였다.
5분 정도 상기 화염을 인가하면서 상기 개방된 상단에 화염이 발생하는 지 여부를 관찰하고, 발생하지 않는 경우에 PASS로 평가하고, 발생하는 경우에 NG로 평가하였다.
실시예 1.
소화용 조성물의 제조
물(W), 제 1 인산 암모늄(N)(NH4H2PO4)(대정화금)(몰질량: 115.0257 g/mol) 및 포름산 칼륨(F)(Potassium Formate)(HCOOK)(대정화금)(몰질량 84.12 g/mol)을 100:20:30의 중량 비율(W:N:F)로 혼합하여 제 1 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합은 상온(약 25℃)에서 300 rpm의 혼합 조건으로 10분 정도 수행하였다.
상기 포름산 칼륨은, 인화점을 가지지 않는 비인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 모두 0 ppm으로, 비유독성 물질이다. 또한, 상기 포름산 칼륨의 0℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 32.8 g이고, 25℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 331 g이다.
상기 제 1 인산 암모늄(N)(NH4H2PO4)은 25℃의 물 100 g에 대한 용해도가 약 29 g 정도이다. 이어서 상기 제 1 혼합물에 전분(S)(Sigma-Aldrich)과 멜라민(M)(ACROS ORGANICS)을 추가로 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하였다. 제 2 혼합물에서 물(W)과 상기 전분(S) 및 멜라민(M)의 비율(W:S:M)은 100:10:10 정도로 조정하였다. 상기 혼합은 상온(약 25℃)에서 300 rpm의 혼합 조건으로 30분 정도 수행하였다. 제 2 혼합물의 제조 시에 상기 전분으로는, 옥수수 전분을 사용하였는데, 중량평균분자량이 약 51,000,000 g/mol 정도이고, 아밀로오스와 아밀로펙틴의 중량 비율(아밀로오스:아밀로펙틴)이 약 25:75 정도인 전분을 사용하였다. 이어서 상기 제 2 혼합물에 흡수성 폴리머(SAP)를 추가로 혼합하여 조성물을 제조하였다. 상기 흡수성 폴리머의 혼합은, 상기 제 2 혼합물과 상기 흡수성 폴리머를 혼합하고, 상온(약 25℃)에서 300 rpm의 혼합 조건으로 2 시간 정도 혼합하여 수행하였다. 상기 혼합은, 상기 혼합물의 물(W)과 상기 흡수성 폴리머(P)의 중량 비율(W:P)이 약 100:5 정도가 되도록 수행하였다. 상기 흡수성 폴리머로는, LG 화학의 SAP GS-803ND 제품을 사용하였으며, 분쇄 및 분급 과정을 거쳐서 약 150 μm 정도의 크기로 적용하였다. 이러한 흡수성 폴리머의 CRC(Centrifuge Retention Capacity)는 약 33.5 g/g 정도였고, AUP(Absorption Under Pressure)는 약 28.1 g/g 정도였다.
소화 장치
각형 전지의 제조에 사용되는 알루미늄 소재의 캔(케이스)의 내부에 상기 소화용 조성물을 넣고, 개방 상태의 부분을 밀봉하여 소화 장치를 제조하였다. 상기 각형 전지에 사용되는 캔의 WVTR은 약 0 g/m2·day 정도였다.
도 4에 나타난 바와 같이 상기 캔(1001)의 내부에 상기 소화용 조성물을 주입한 후에 덮개(1002)를 덮어서 소화 장치를 제조하였다. 소화 장치의 제조 시에는 상기 조성물이 상기 캔의 내부의 빈 공간의 부피의 적어도 90% 이상을 채우도록 상기 조성물을 주입하였다. 상기 각형 전지용 캔의 가로가 9cm이고, 세로가 12cm 정도이며, 두께는 3cm인 캔을 사용하였다.
실시예 2.
포름산 칼륨(Potassium Formate)(HCOOK)(대정화금) 대신 포름산 나트륨(Sodium Formate)(HCOONa)(대명 케미컬)(몰질량: 68.01 g/mol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화용 조성물 및 소화 장치를 각각 제조하였다.
상기 포름산 나트륨은, 인화점을 가지지 않는 비인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 모두 0 ppm으로, 비유독성 물질이다. 또한, 상기 포름산 나트륨의 0℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 43.82 g이고, 25℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 97.2 g이다.
실시예 3.
소화용 조성물의 제조 시에 포름산 칼륨(Potassium Formate)(HCOOK)(대정화금) 대신 아세트산 칼륨(Potassium Acetate)(CH3COOK)(대정화금)(몰질량: 98.15 g/mol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화용 조성물 및 소화 장치를 각각 제조하였다.
상기 아세트산 칼륨은, 인화점을 가지지 않는 비인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 모두 0 ppm으로, 비유독성 물질이다. 또한, 상기 아세트산 칼륨의 0℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 216 g이고, 25℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 268.6 g이다.
실시예 4.
소화용 조성물의 제조
물(수돗물)(W), 제 1 인산 암모늄(N)(NH4H2PO4)(대정화금) 및 아세트산 칼륨(Potassium Acetate)(CH3COOK)(대정화금)(몰질량 98.15 g/mol)(F)을 160:15:90의 중량 비율(W:N:F)로 혼합하여 제 1 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합은 상온(약 25℃)에서 300 rpm의 혼합 조건으로 10분 정도 수행하였다.
상기 아세트산 칼륨은, 인화점을 가지지 않는 비인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 모두 0 ppm으로, 비유독성 물질이었다. 또한, 상기 아세트산 칼륨의 0℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 216 g이고, 25℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 268.6 g이다.
상기 제 1 인산 암모늄(N)(NH4H2PO4)으로는 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다. 이어서 상기 제 1 혼합물에 전분(S)(실시예 1에서 사용한 것과 동일) 추가로 혼합하여 소화용 조성물을 제조하였다. 제 2 혼합물에서 물(W)과 상기 전분(S)의 비율(W:S)은 160:3 정도로 조정하였다. 상기 혼합은 상온(약 25℃)에서 300 rpm의 혼합 조건으로 30분 정도 수행하였다.
이어서 상기 소화용 조성물을 다공성 필름에 담지시켰다. 다공성 필름으로는, 글래스 울(Glass wool) (두께: 약 2.5mm, 밀도: 약 0.03 g/cm3, 열분해 온도: 약 400℃)(Glass wool blanket, Rosewool)을 사용하였다.
소화 장치
소화용 조성물 대신 상기 소화용 조성물이 담지된 글래스 울을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화 장치를 제조하였다. 이 때 상기 캔 내부에는 상기 소화용 조성물 및 상기 조성물이 담지된 글래스 울이 캔의 내부의 빈 공간의 부피의 적어도 90% 이상을 채우도록 하였다.
비교예 1.
소화용 조성물의 제조 시에 포름산 칼륨(Potassium Formate)(HCOOK)(대정화금) 대신 에틸렌글리콜(대정화금)(몰질량: 62.07 g/mol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화용 조성물 및 소화 장치를 각각 제조하였다.
상기 에틸렌 글리콜은, 인화점이 약 111℃ 정도인 인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 모두 0 ppm으로, 비유독성 물질이다.
비교예 2.
소화용 조성물의 제조 시에 포름산 칼륨(Potassium Formate)(HCOOK)(대정화금) 대신 CaCl2(대정화금)(몰질량: 110.98 g/mol)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화용 조성물 및 소화 장치를 각각 제조하였다.
상기 CaCl2는, 인화점을 가지지 않는 비인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스는 0.001ppm이며, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 각각 0 ppm으로, 유독성 물질이다. 또한, 상기 CaCl2의 0℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 59.5 g이고, 25℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 74.5 g이다.
비교예 3.
소화용 조성물의 제조 시에 포름산 칼륨(Potassium Formate)(HCOOK)(대정화금) 대신 Xylitol(대정화금)(몰질량: 152.15 g/mol)을 사용하고, 물(W)과 상기 Xylitol(F)의 중량 비율(W:F)을 100:15로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화용 조성물 및 소화 장치를 각각 제조하였다.
상기 Xylitol는, 인화점을 가지지 않는 비인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 모두 0 ppm으로, 비유독성 물질이다. 또한, 상기 Xylitol의 0℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 10 g이고, 25℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 10 g이다.
비교예 4.
소화용 조성물의 제조 시에 포름산 칼륨(Potassium Formate)(HCOOK)(대정화금) 대신 Al2(SO4)3(대명 케미컬)(몰질량: 약 342.14 g/mol)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화용 조성물 및 소화 장치를 각각 제조하였다.
상기 Al2(SO4)3는, 인화점을 가지지 않는 비인화성 물질이고, 유독성 가스 평가 방법에 따라 측정한 염소 가스, 암모니아 가스 및 불산 가스의 농도는 모두 0 ppm으로, 비유독성 물질이다. 또한, 상기 Al2(SO4)3의 0℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 31.2 g이고, 25℃ 물 100 g에 대한 용해도는 약 36.4 g이다.
상기 소화 장치에 대한 평가 결과를 하기 표 1 및 2에 기재하였다.
하기 표 1 및 2에서 발화성은 상기 "14. 발화성 여부" 평가에 따른 결과이고, 유독성은 상기 "13. 유독성 가스 발생 여부 평가"에 따라 발생하는 가스 및 이의 농도를 평가한 결과이다. 해당란이 공란인 경우, 상기 평가 방법에 따라 평가하는 유독성 가스의 발생이 없는 것을 의미한다.
하기 표 1 및 2에서 △T1은, 소화용 조성물 내의 모든 이온성 화합물에 대해서 식 1.86 × M1 × I로 계산하여 얻은 값이고(M1은 각 이온성 화합물의 물에 대한 몰랄 농도이고, I는, 상기 이온성 화합물 1몰이 완전하게 해리되었을 때에 발생하는 이온의 몰수), △T2은, 소화용 조성물 내의 이온성 화합물 중 25℃ 물에 대한 용해도가 75 g 이상인 이온성 화합물에 대해서 식 1.86 × M2 × I로 계산하여 얻은 값이며(M2는 각 이온성 화합물의 물에 대한 몰랄 농도이고, I는, 상기 이온성 화합물 1몰이 완전하게 해리되었을 때에 발생하는 이온의 몰수), △T3는, 소화용 조성물 내의 알코올(에틸렌글리콜 및 Xylitol)에 대해서 식 1.86 × M3로 계산하여 얻은 값이다(M3는 상기 알코올의 물에 대한 몰랄 농도이다.).
실시예
1 2 3 4
조성물 빙점(℃) -26 -30.4 -23 -24.35
△T1 19.73 22.88 17.84 24.35
△T2 13.27 16.41 11.37 21.32
△T3 0 0 0 0
Convection Test PASS PASS PASS PASS
연쇄 발화 테스트 PASS PASS PASS PASS
발화성 PASS PASS PASS PASS
유독성 - - - -
비교예
1 2 3 4
조성물 빙점(℃) -26 -29 -13 -18
△T1 6.47 21.55 6.47 14.62
△T2 0 15.08 0 8.15
△T3 8.99 0 1.83 0
Convection Test NG PASS NG NG
연쇄 발화 테스트 NG PASS NG NG
발화성 NG PASS NG PASS
유독성 - 염소가스 0.001ppm - -
실시예 5
캔 대시 파우치를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 소화 장치를 제조하였다. 상기 파우치는, PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름(두께: 약 10 μm), 알루미늄 호일(두께: 약 20 μm) 및 PP(polypropylene) 핫 멜트 필름(두께: 약 70 μm)을 상기 순서로 적층하여 제조하였다. 상기 알루미늄 호일의 일면에 접착제로 상기 PET 필름을 적층하고, 다른 면에 약 200℃의 온도에서 상기 PP 핫 멜트 필름을 적층하여 외피를 제조하였다. 상기 PP 핫 멜트 필름으로는 융점이 약 140℃ 정도인 필름을 사용하였다. 도 5에 나타난 바와 같이 외피의 중앙부에 오목부(I)를 형성하여 상부 외피(121)와 하부 외피(122)를 각각 준비하였다. 상기 상부 및 하부 외피(121, 122)의 사이의 오목부(I)에 소화용 조성물을 넣고, 실링부(S)에서 상기 PP 핫 멜트 필름을 약 200℃의 온도에서 서로 융착시켜서 소화 장치를 제조하였다. 그 후, 4 면의 실링부(S) 중 3 면의 실링부를 폴딩하여 폴딩되지 않은 실링부가 벤트 영역으로 작용할 수 있도록 하였다. 상기에서 조성물은 오목부(I)에 의해 형성된 밀폐 공간의 부피의 적어도 90% 이상을 점하도록 주입하였다. 상기 케이스의 WVTR은 약 0 g/m2·day 정도였다. 상기 케이스는 가로가 9cm이고, 세로가 12cm 정도이며, 두께는 3cm 정도로 제조하였다.
실시예 6
캔 대신 실시예 5에서 제조한 파우치를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 소화 장치를 제조하였다.
실시예 7
캔 대신 실시예 5의 파우치를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 소화 장치를 제조하였다.
실시예 8
캔 대신 실시예 5의 파우치를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 소화 장치를 제조하였다.
비교예 5
캔 대신 실시예 5의 파우치를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 소화 장치를 제조하였다.
비교예 6
캔 대신 실시예 5의 파우치를 사용한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 소화 장치를 제조하였다.
비교예 7
캔 대신 실시예 5의 파우치형를 사용한 것을 제외하고는 비교예 3과 동일하게 소화 장치를 제조하였다.
비교예 8
캔 대신 실시예 5의 파우치를 사용한 것을 제외하고는 비교예 4와 동일하게 소화 장치를 제조하였다.
상기 소화 장치에 대한 평가 결과를 하기 표 3 및 4에 기재하였다.
하기 표 3 및 4에서 발화성, 유독성, △T1, △T2 및 △T3의 의미는 표 1 및 2에서와 같다.
실시예
5 6 7 8
조성물 빙점(℃) -26 -30.4 -23 -24.35
△T1 19.73 22.88 17.84 24.35
△T2 13.27 16.41 11.37 21.32
△T3 0 0 0 0
Convection Test PASS PASS PASS PASS
연쇄 발화 테스트 PASS PASS PASS PASS
발화성 PASS PASS PASS PASS
유독성 - - - -
비교예
5 6 7 8
조성물 빙점(℃) -26 -29 -13 -18
△T1 6.47 21.55 6.47 14.62
△T2 0 15.08 0 8.15
△T3 8.99 0 1.83 0
Convection Test NG PASS NG NG
연쇄 발화 테스트 NG PASS NG NG
발화성 NG PASS NG PASS
유독성 - 염소가스 0.001ppm - -

Claims (18)

1 기압 하에서 빙점이 -10℃ 이상인 용매;
25℃의 물에 대한 용해도가 75 g 이상이고, 비인화성이거나, 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물을 포함하고,
하기 식 1의 △T1이 5 내지 40의 범위 내이며,
하기 식 2의 △T2의 상기 △T1에 대한 비율 △T2/△T1이 0.4 이상인 조성물:
[식 1]
△T1 = 1.86 × M1 × I1
[식 2]
△T2 = 1.86 × M2 × I2
식 1 및 2에서 M1은, 상기 조성물에 포함되어 있는 모든 이온성 화합물의 상기 용매에 대한 몰랄 농도이고, I1은, 상기 몰랄 농도 M1의 이온성 화합물 1몰이 해리되어 생성하는 이온의 몰수이며, M2은, 상기 조성물에 포함되어 있는 상기 비인화성 또는 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물의 상기 용매에 대한 몰랄 농도이고, I2는, 상기 몰랄 농도 M2의 이온성 화합물 1몰이 해리되어 생성하는 이온의 몰수이다.
제 1 항에 있어서, △T2가 5 내지 38의 범위 내인 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하기 식 3의 △T3가 7 이하인 조성물:
[식 3]
△T3 = 1.86 × M3
식 3에서, M3는 상기 조성물에 포함되어 있는 모든 알코올의 상기 용매에 대한 몰랄 농도이다.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매는 비점이 80℃ 내지 120℃의 범위 내인 조성물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매는 물인 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매의 함량이 40 중량% 이상인 조성물.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 비인화성 또는 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물은, 0℃ 물 100 g에 대한 용해도가 20 g 이상인 조성물.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 비인화성 또는 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물은, 25℃ 물에 100 g에 대한 용해도가 80 g 이상인 조성물.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 비인화성 또는 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물은, 몰질량이 300 g/mol 이하인 조성물.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 비인화성 또는 인화점이 120℃ 이상인 이온성 화합물은 포름산염, 아세트산염, 탄산염 및 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 조성물.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 인산, 인산염, 포스포네이트 화합물 또는 포스페이트 화합물을 추가로 포함하는 조성물.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄화성 유기물을 추가로 포함하는 조성물.
제 12 항에 있어서, 탄화성 유기물은, 다당류, 다가 알코올, 셀룰로오스, 리그닌, BSPPO, 탄화성 고분자 또는 멜라민 화합물인 조성물.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수성 폴리머를 추가로 포함하는 조성물.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 완충체를 추가로 포함하는 조성물.
케이스; 및
상기 케이스 내에 존재하는 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 소화 장치.
제 16 항에 있어서, 케이스는, WVTR(Water Vapor Transmission Rate)이 0.5 g/m2day 이하인 소화 장치.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 조성물이 케이스 내부 부피의 70% 이상을 점유하고 있는 소화 장치.
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