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KR101723833B1 - 다목적 친환경 포소화약제 - Google Patents

다목적 친환경 포소화약제 Download PDF

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KR101723833B1
KR101723833B1 KR1020160109120A KR20160109120A KR101723833B1 KR 101723833 B1 KR101723833 B1 KR 101723833B1 KR 1020160109120 A KR1020160109120 A KR 1020160109120A KR 20160109120 A KR20160109120 A KR 20160109120A KR 101723833 B1 KR101723833 B1 KR 101723833B1
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이준범
장영준
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Abstract

본 발명은 다목적 친환경 포소화약제에 관한 것이다. 본 발명은 기포제, 기포 안정제, 기포 증진제, 부동화제, 발생된 기포에 고분자막을 형성하는 고분자막 형성제 및 물을 포함하고, 상기 기포제는 비이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제를 포함하되, 상기 비이온성 계면활성제는 솔비탄지방산에스테르를 포함하고, 상기 양쪽성 계면활성제는 코코아미드프로필베타인을 포함하는 포소화약제를 제공한다. 본 발명에 따른 포소화약제는 우수한 소화성능과 친환경성을 가지면서 비수용성 액체의 화재에는 물론 수용성 액체의 화재에도 모두 적용이 가능하고, 이와 함께 저발포 및 고발포 등의 발포배율로 사용 가능하다.

Description

다목적 친환경 포소화약제 {FOAM EXTINGUISHING COMPOSITION OF MULTIPURPOSE AND ENVIRONMENT-FRIENDLY}
본 발명은 다목적 친환경 포소화약제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 소화성능과 친환경성을 가지면서 비수용성 액체의 화재에는 물론 수용성 액체의 화재에도 모두 적용이 가능하고, 이와 함께 저발포 및 고발포 등의 발포배율로 사용 가능한 다목적/다용도의 친환경 포소화약제에 관한 것이다.
일반적으로, 화재는 A급화재(일반화제), B급화재(유류화제) 및 C급화재(전기화재) 등으로 구분된다. B급화재의 발생 시에는 대부분의 경우 포소화약제(또는, 폼 소화약제)를 사용한다.
B급 화재에 사용되는 포소화약제는 물에 적정량을 혼합한 후, 기계적으로 공기를 주입하여 기포(Foam)를 발생시켜서 화재를 진압한다. 발생된 기포는 유류보다 가벼운 미세한 기포(거품)의 집합체로서, 이는 연소물의 표면을 덮어 공기와의 접촉을 차단하는 질식효과와 함께 혼합된 물에 의한 냉각효과로 화재를 진압한다.
포소화약제는 기포를 발생시키는 방식에 따라 화학포와 기계포(공기포)로 구분되며, 현재는 기계포가 주류를 이루고 있다. 기계포는 하기 [표 1]에 보인 바와 같이 팽창비(발포배율)에 따라 저팽창(저발포포), 중팽창(중발포포) 및 고팽창(고발포포)로 구분된다.
또한, 하기 [표 2]에 보인 바와 같이 소화약제의 성분과 적용화재의 종류에 따라 단백포, 불화단백포, 합성계면활성제포, 수성막포 및 내알콜포로 구분된다. 이중에서 합성계면활성제포는 주로 고발포포로 사용되며, 사용농도에 따라 6%, 3% 및 1% 등으로 구분된다. 여기서 3% 포소화약제는 물 97중량%와 포소화약제 3중량%를 혼합하여 사용함을 나타낸다.
Figure 112016083243685-pat00001
Figure 112016083243685-pat00002
위와 같이, 가연물(연료 등)의 종류에 따라서 적용되는 포소화약제가 구분되며, 일반적으로 유류화재(비수용성 연료)에는 단백포, 불화 단백포, 수성막포 및 합성계면활성제포를 사용하며, 수용성 액체(극성 용매 등)의 화재에는 내알콜포가 주로 사용된다. 그리고 화재의 장소 및 규모에 따라서 포소화약제를 저발포와 고발포로 발생시켜 사용하는데, 예를 들면 건물, 격납고, 터널 및 선박의 엔진룸 등의 대규모 화재에는 고발포의 기포를 발생시켜 최대한 단시간에 공간을 채워 화재를 진압하고 있고 유출유 화재 등에는 저발포를 사용하게 된다.
유류화재(비수용성 연료)에 사용되는 단백포는 동물성 단백질인 동물의 피, 뿔, 발톱을 알칼리(수산화 나트륨 등)로 가수분해하여 제조하고 있다. 단백포는 동물성 단백질을 주원료로 하고 있어서 빠르게 부패되고 유동성과 내유염성이 나쁜 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 단백포에 불소계 계면활성제를 첨가한 불화 단백포를 제조하여 사용하고 있다. 그러나 불화 단백포의 경우에도 주원료가 단백포이므로 사용기간이 길지 않다는 단점이 있다.
수성막포 소화약제는 합성계면활성제를 주원료로 하고, 여기에 불소계 계면활성제를 첨가하여 제조한 소화약제로서, 이는 불소계 계면활성제에 의해 유류 표면에 빠르게 물막(수막)과 거품을 형성하여 질식과 냉각작용을 동시에 수행하여 화재 진압에 유리하다. 수성막포 소화약제는 미국 3M사의 라이트워터(Light Water)라는 제품이 유명하며, 대한민국 등록특허공보 제10-1358249호 및 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0075445호 등에는 수성막포 소화약제에 관한 기술이 제시되어 있다.
또한, 합성계면활성제포는 천연 또는 합성계면활성제를 주원료로 제조되며, 이는 저발포와 고발포의 용도로 사용이 가능하지만, 주용도는 앞서 언급한 바와 같이 대규모의 공간을 빠른 시간에 채우는 목적으로 사용되는 고발포용에 적합한 소화약제이다. 대한민국 등록특허공보 제10-1049426호 등에는 합성계면활성제포 소화약제에 관한 기술이 제시되어 있다.
그러나 이상에서 설명한 포소화약제는 물과 친화력이 있는 알콜과 같은 수용성 액체(극성 용매 등)의 화재에 적용하면 수용성 액체가 기포 속의 물을 탈취하여 기포가 파괴되기 때문에 소화성능을 잃게 된다. 이와 같은 현상은 수용성 액체의 온도가 높아지면 더욱 뚜렷하게 나타난다. 또한, 현재 사용되고 있는 대부분의 포소화약제는 화재에 적용 시, 물과의 혼합에 의해 94 ~ 97중량%가 물이기 때문에 기포가 수용성 액체와 접하면 기포에 함유된 수분이 급속히 수용성 액체 쪽으로 녹아 들어가 기포가 탈수되어 순간적으로 소멸된다. 이와 동시에 수용성 액체는 거꾸로 기포 쪽으로 이동하여 수분과 수용성 액체가 서로 자리바꿈하는 치환현상이 일어나고 기포 쪽으로 이동된 수용성 액체는 기포를 이루고 있는 유기물질을 응고시켜 결국 기포는 깨지고 만다. 이러한 치환현상은 순식간에 일어나 마치 끓는 물에 눈(snow)을 넣는 것처럼 기포는 사라진다. 따라서 이러한 현상을 방지하려면 수분과 수용성 액체와의 치환현상을 막아야 한다.
내알콜포 소화약제는 위와 같은 단점을 보완한 소화약제로서, 이는 여러 가지의 형이 있으나 초기에는 단백질의 가수분해물에 금속비누를 계면활성제로 사용하여 유화/분산시킨 것을 사용하였다. 내알콜포 소화약제는 수용성 액체용 포소화약제라고도 하며, 이는 알콜, 에테르, 케톤, 에스테르, 알데히드, 카르복실산, 아민 등과 같은 가연성의 수용성 액체의 화재에 유용하다. 일반적인 포소화약제는 비수용성 액체(비극성 탄화수소계 : 휘발유, 등유, 경유 등의 유류)의 화재에만 유효하나, 내알콜포 소화약제는 수용성 액체(극성 탄화수소계 : 알콜 등)에는 물론 비수용성 액체(비극성 탄화수소계)의 화재에도 사용할 수 있다.
그러나 내알콜포 소화약제는 단백질의 가수분해물에 불용성의 지방산 금속염을 분산시켰기 때문에 장시간 저장하면 이들이 침전되는 단점이 있다. 따라서 물과 혼합한 후에는 2 ~ 3분 이내에 사용하지 않으면, 기포가 생성되기 전에 수류 중에 금속염의 침전이 생겨 소화성능이 떨어지고 설비상에도 장애가 생긴다.
이에, 최근에는 위와 같은 내알콜포 소화약제(단백질의 가수분해물에 불용성의 지방산 금속염을 첨가한 형태)의 단점(금속염의 침전현상)을 보완한 고분자겔형의 내알콜포 소화약제가 제안되었다. 그러나 고분자겔형의 내알콜포 소화약제는 높은 점도로 인해 유동성이 낮아 예를 들어 물과의 희석 시 희석 배율을 맞추기 어려워 사용에 제약이 따른다. 특히, 주변온도가 낮은 동절기에는 점도가 더 높아져 사용에 많은 제약이 따르고, 보온을 위한 별도의 시설이나 유지 관리비용을 필요로 하며, 주변온도 변화에 따른 상분리가 발생되는 등의 문제점이 발생하여 근본적인 해결 방안이 되지 못하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1358249호 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0075445호 대한민국 등록특허공보 제10-1049426호
앞서 설명한 바와 같이, 포소화약제는 대상연료(가연물), 화재의 규모 및 장소 등에 따라서 구분되어 사용되고 있다. 그러나 화재 발생시에 소중한 인명 및 재산피해를 줄이기 위하여 신속히 화재진압을 하여야 하는 상황에서는 포소화약제를 따로 구분하여 적응성 있는 포소화약제로 교체할 시간적인 여유가 충분하지 않다.
위와 같은 이유로 모든 화재에 적용성을 갖는 포소화약제가 요구되며, 또한 사용함에 불편함이 없어야 한다. 즉, 비수용성의 액체(유류 등의 비극성 탄화수소계)에는 물론 수용성 액체(알콜 등의 극성 탄화수소계 용매)에도 적용성을 가지며, 저발포 및 고발포의 발포배율로 모두 사용이 가능한 포소화약제가 요구된다. 또한, 유동성이 우수하여 사용에 제약이 없는 포소화약제가 요구된다.
이에, 본 발명은 우수한 소화성능과 친환경성을 가지면서 비수용성 액체에는 물론이고, 수용성 액체의 화재에도 모두 적용이 가능하고, 이와 함께 저발포 및 고발포 등의 발포배율로 사용이 가능한 다목적/다용도의 친환경 포소화약제를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 저점도로 유동성이 우수하여 사용에 제약이 없고, 우수한 분산 안정성 등을 가지는 다목적/다용도의 친환경 포소화약제를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
기포제;
기포 안정제;
기포 증진제;
부동화제;
발생된 기포에 고분자막을 형성하는 고분자막 형성제; 및
물을 포함하고,
상기 기포제는 비이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제를 포함하되,
상기 비이온성 계면활성제는 솔비탄지방산에스테르를 포함하고,
상기 양쪽성 계면활성제는 코코아미드프로필베타인을 포함하는 다목적 친환경 포소화약제를 제공한다.
바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 고분자막 형성제는 알긴산(alginic acid)과 덱스트란(dextran)의 혼합이다.
또한, 바람직한 실시 형태에 따라서, 본 발명에 따른 포소화약제는,
상기 솔비탄지방산에스테르 10 ~ 30중량%;
상기 코코아미드프로필베타인 20 ~ 40중량%;
상기 기포 안정제로서 폴리에틸렌옥사이드 1 ~ 5중량%와 폴리비닐알콜 1 ~ 5중량%;
상기 기포 증진제로서 디프로필렌글리콜 10 ~ 30중량%;
상기 부동화제로서 폴리에틸렌글리콜 10 ~ 25중량%; 및
상기 고분자막 형성제로서 알긴산(alginic acid) 1 ~ 5중량%와 덱스트란(alginic acid) 1 ~ 10중량%를 포함한다. 그리고 잔량(잔부)의 물을 포함한다.
아울러, 본 발명에 따른 포소화약제는 200cSt(centi-Stoke) 이하의 점도를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 포소화약제는 화재원의 종류에 관계없이 효과적으로 소화시킬 수 있는 다목적/다용도의 포소화약제로서, 비수용성 액체에는 물론 수용성 액체의 화재에도 모두 적용이 가능하고, 이와 함께 저발포 및 고발포 등의 발포배율로 사용 가능한 효과를 갖는다. 이에 따라, 화재 발생시에 소중한 인명과 재산을 보호하기 위하여 신속한 화재진압의 촌각을 다투는 긴박한 상황에서 화재의 종류에 따라서 적응성 소화약제를 구분하는 불필요한 시간 낭비를 줄임으로써 소중한 인명과 재산 피해를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 포소화약제는 화재원의 종류에 관계없이 모든 화재원에 우수한 소화성능을 가지면서, 천연 계면활성제를 주재로 하여 우수한 생분해성을 갖는다. 이에 따라, 환경 오염이 최소화되어 친환경성을 도모하는 효과를 갖는다.
부가적으로, 본 발명에 따른 포소화약제는 저점도로서 유동성이 우수하여 사용에 제약이 없고, 분산 안정성 등이 우수한 효과를 갖는다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
본 발명은 화재원의 종류 및/또는 발포배율 등에 관계없이 다목적 및 다용도로 사용 가능한 다목적 친환경 포소화약제(이하, "포소화약제"로 약칭한다.)를 제공한다. 본 발명에 따른 포소화약제는 기포제, 기포 안정제, 기포 증진제 및 부동화제를 포함하되, 여기에 더하여 수용성 액체로부터 기포(foam)를 보호하는 고분자막 형성제를 포함한다. 그리고 잔부(잔량)로서 적정량의 물을 더 포함한다.
본 발명에 따른 포소화약제는 화재에 적용 시, 통상과 같이 물에 희석시킨 다음, 예를 들어 기계적인 방법(공기 포밍)으로 기포가 발생되게 하여 사용될 수 있다. 이때, 물에 희석 시에는 통상과 같이 예를 들어 6중량%, 3중량% 및 1중량% 등의 농도를 갖게 할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 포소화약제를 구성하는 각 구성요소별 예시적인 실시 형태를 설명하면 다음과 같다.
상기 기포제는 기포(foam)를 발생시키는 것으로서, 이는 비이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제를 포함한다. 또한, 본 발명에 따라서, 상기 비이온성 계면활성제는 솔비탄지방산에스테르를 포함하고, 상기 양쪽성 계면활성제는 코코아미드프로필베타인을 포함한다. 구체적으로, 기포제는 본 발명에 따라서 비이온성 계면활성제인 솔비탄지방산에스테르와 양쪽성 계면활성제인 코코아미드프로필베타인의 혼합을 포함한다.
상기 비이온성 계면활성제인 솔비탄지방산에스테르는 d-솔비톨과 천연 지방산을 반응시켜 제조한 친환경성의 천연 계면활성제로서, 이는 친환경적이며 매우 우수한 기포력을 나타낸다. 이때, 상기 d-솔비톨은 라우린산 솔비탄, 팔미틴산 솔비탄, 스테아린산 솔비탄 및 오레인산 솔비탄-포도당 중에서 선택된 하나 이상을 환원시켜 얻어진 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 양쪽성 계면활성제인 코코아미드프로필베타인은 천연의 코코넛오일로부터 제조된 친환경성의 천연 계면활성제로서, 이는 우수한 기포력과 함께 높은 안정성을 나타낸다. 본 발명에서 사용되는 용어, "안정성"은 화학적인 반응이 없고, 물리적으로 균일하게 분산되어 있는 것(균질성)을 의미하며, 이는 예를 들어 층분리(상분리)가 없는 분산 안정성(저장 안정성) 및/또는 열에 의해 상태 변화가 없는 열안정성 등을 의미할 수 있다.
바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 기포제는 솔비탄지방산에스테르 10 ~ 30 중량%와 코코아미드프로필베타인 20 ~ 40중량%를 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 혼합 비율에서 우수한 기포력 및 안정성을 나타낸다. 기포제는, 더욱 바람직하게는 솔비탄지방산에스테르 13 ~ 15중량%와 코코아미드프로필베타인 23 ~ 25중량%를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 본 발명에서 사용되는 중량 단위, "중량%"는 포소화약제 전체 중량을 기준으로 한 각 성분의 함량(백분율)이다.
상기 기포 안정제는 발생된 기포에 수분 함유량(보습력)을 증진시켜 기포의 안정성을 증가시키기 위한 것으로서, 기포 안정제는 위와 같은 기능을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 이러한 기포 안정제는, 예를 들어 0.5 ~ 12중량%로 사용할 수 있다.
상기 기포 안정제는, 예를 들어 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리비닐알콜 중에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 좋다. 이때, 기포 안정제는 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리비닐알콜을 각각 단독으로 사용하는 것보다는 이들의 혼합을 사용하되, 폴리에틸렌옥사이드 1 ~ 5중량%와 폴리비닐알콜 1 ~ 5중량%의 함량으로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 함량으로 혼합 사용하는 경우, 기포 안정에 매우 우수한 성능을 나타낸다. 기포 안정제는, 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌옥사이드 2 ~ 3중량%와 폴리비닐알콜 3 ~ 5중량%를 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
상기 기포 증진제는 기포의 생성력과 유지력을 증가시키기 위한 것으로서, 이는 기포의 생성능 및 유지능을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 기포 증진제는, 바람직하게는 디프로필렌글리콜을 포함할 수 있다.
상기 디프로필렌글리콜은 주로 화장품에 사용되는 것으로서, 이는 인체에 무해하고 친환경적인 물질이다. 본 발명에 따르면, 상기 디프로필렌글리콜은 본 발명의 포소화약제에 포함되어 기포의 생성능 및 유지능에 매우 효과적이다. 이러한 디프로필렌글리콜은 10 ~ 30중량%로 사용하는 것이 적당하며, 바람직하게는 15 ~ 28중량%로 사용하는 것이 좋다.
상기 부동화제는 포소화약제의 응고점을 낮추기 위해 사용된다. 부동화제는 소화약제의 응고점을 낮출 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다. 부동화제는, 예를 들어 글리콜류로부터 선택될 수 있다. 부동화제는, 구체적인 예를 들어 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜로부터 선택되는 것이 좋다.
상기 폴리에틸렌글리콜은 종래에 범용적으로 사용되고 있는 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜에 비하여 친환경적 면에서 바람직하다. 상기 부동화제는 폴리에틸렌글리콜을 사용하되, 바람직하게는 10 ~ 25중량%로 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 18 ~ 22중량%로 사용할 수 있다.
상기 고분자막 형성제는 수용성 액체로부터 기포를 보호한다. 앞서 언급한 바와 같이, 기포는 알콜 등의 수용성 액체(극성 탄화수소계 용매)와 접하면 기포에 함유된 수분이 급속히 수용성 액체 쪽으로 녹아 들어가 기포가 탈수되어 순간적으로 소멸된다. 이와 동시에 수용성 액체는 기포 쪽으로 이동하여 기포 속의 수분과 수용성 액체가 서로 자리바꿈하는 치환현상이 일어나고 기포 쪽으로 이동된 수용성 액체는 기포를 응고시켜 결국 기포는 소멸되어 소화성능을 잃게 된다.
상기 고분자막 형성제는 기포에 얇은 고분자막을 형성하여 기포의 소멸을 방지한다. 즉, 고분자막 형성제는 수분 침투를 방지하여 위와 같은 기포의 탈수나 수분의 치환현상을 방지한다. 이러한 고분자막 형성제에 의해, 본 발명에 따른 포소화약제는 수용성 액체(극성 탄화수소계 용매)의 화재에도 적용이 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 포소화약제는 휘발유, 등유 및 경유 등의 유류와 같은 비수용성 액체(비극성 탄소화수계 용매)의 화재에는 물론이고, 상기 고분자막 형성제에 의해 수분 침투가 방지되어 알콜, 에테르, 케톤, 에스테르, 알데히드, 카르복실산 및 아민 등과 같은 수용성 액체(극성 탄화수소계 용매)의 화재에도 모두 적용이 가능하며, 이와 함께 우수한 소화성능을 갖는다.
상기 고분자막 형성제는 고분자막을 형성하여 수분 침투를 방지할 수 있는 것이면 좋다. 상기 고분자막 형성제는 혼종 다당류(heteropolysaccharides)의 일종인 검(gum)류로부터 선택될 수 있다. 이러한 검류로는, 예를 들어 산탄검, 카라키난검, 아라비아검, 트라가칸트검, 카라야검, 로커스트콩검, 크산탄검 및 구아검 등을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일측면에 따르면, 검류는 물과 결합하여 점성용액이나 겔을 형성함으로 인해, 포소화약제의 점도를 너무 높여 사용에 제약을 따르게 할 수 있다.
이에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 고분자막 형성제는 알긴산(alginic acid) 및 덱스트란(dextran)으로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 좋다.
상기 알긴산은 미역이나 다시마 등과 같은 갈조류 세포막의 구성 성분으로 존재하는 다당류로서, 이는 대부분 D-만누론산(D-mannuronic acid)이 β-1,4결합으로 연결된 직선상의 분자 구조를 갖는다. 이러한 알긴산은 고분자막의 형성, 즉 수분 침투 방지에 유리하며, 이는 또한 포소화약제의 저점도 유지에 매우 효과적이다. 상기 덱스트란은 친수성 콜로이드의 전형적인 특성을 가지고 있는 글루칸으로서, 이는 물에 쉽게 녹는다. 덱스트란은 주로 혈장용량 증가제로 사용되고 있으며, 식품 분야에서는 설탕시럽이나 아이스크림 등의 제조에 사용되고 있다. 이러한 덱스트란의 경우에도 고분자막의 형성 및 저점도 유지에 매우 효과적이다. 구체적으로, 상기 알긴산과 덱스트란은 기포의 안정성 및 균일상 유지로 고분자막 형성제로서 우수한 성능을 가지며, 이는 특히 검류에 비해 포소화약제의 저점도 유지에 매우 효과적이다.
또한, 상기 고분자막 형성제는 위와 같은 알긴산 및 덱스트란을 사용하되, 이들의 혼합을 사용하는 것이 바람직하다. 아울러, 혼합 사용 시에는 알긴산 1 ~ 5중량%와 덱스트란 1 ~ 10중량%를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 상기 고분자막 형성제는, 바람직하게는 알긴산 2 ~ 5중량%와 덱스트란 3 ~ 10중량%를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이와 같이, 알긴산과 덱스트란을 혼합 사용하되, 이들을 상기 범위의 적정 함량으로 사용하는 경우, 우수한 고분자막 형성능을 가져 소화성능이 현저히 개선된다. 이는 하기의 실시예에 의해서 확인될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 알긴산 2 ~ 3중량%와 덱스트란 5 ~ 6중량%로 혼합 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 포소화약제는 위와 같은 성분들을 포함하되, 전술한 바와 같이 잔량(잔부)로서 물을 더 포함한다. 이때, 물은, 예를 들어 0.2 ~ 20중량%로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 포소화약제는 상기와 같은 성분들 이외에 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다. 상기 첨가제는 적어도 pH 조정제를 포함할 수 있으며, pH 조정제 이외에 부식 방지제, 산화 방지제, 및/또는 경우에 따라서는 색상 안료 등을 포함할 수 있다. 이러한 각 첨가제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 성분으로부터 선택될 수 있으며, 본 발명의 효과를 저하시키지 않는 범위에서 적정량을 배합하여 사용할 수 있다.
상기 pH 조정제는, 예를 들어 구연산, 말론산, 말레산, 글루콘산, 탄닌산, 옥살산, 아디프산 및/또는 살리실산 등으로부터 선택된 유기산 성분이나 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨 등의 알칼리 성분을 사용할 수 있다. 이러한 pH 조정제의 첨가에 의해, 본 발명에 따른 포소화약제는 약산성 내지 약알칼리성의 액성을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 포소화약제는, 예를 들어 pH 6 ~ 8.5, 바람직하게는 pH 6.5 ~ 8의 액성을 가질 수 있다. 상기 pH 조정제의 사용량은 위와 같은 적정 pH 범위(액성)를 갖도록 조절될 수 있으며, 이는 예를 들어 0.001 내지 2중량%로 사용될 수 있다.
상기 부식 방지제는 포소화약제의 살포에 의해 주변의 기계 물품 등이 부식되는 것을 방지하고, 이는 또한 포소화약제가 충전/저장되는 소화용기의 부식을 방지할 수 있으면 좋다. 부식 방지제는, 예를 들어 규산염, 인산염, 몰리브덴산 및/또는 트리아졸계 등으로부터 선택될 수 있다. 부식 방지제는, 구체적인 예를 들어 규산나트륨, 규산암모늄, 인산암모늄, 몰리브덴산나트륨 및/또는 벤조트리아졸 등으로부터 선택될 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 부식 방지제는, 예를 들어 0.01 내지 10중량%로 사용될 수 있다.
또한, 바람직한 실시 형태에 따라서, 본 발명에 따른 포소화약제는 200cSt(centi-Stoke) 이하의 점도를 가지는 것이 좋다. 본 발명에서, 점도는 동점도(kinematic viscosity)로서, 이는 점도계를 통해 상온(약 5℃ ~ 35℃)에서 측정된 값일 수 있다. 이와 같이 200cSt 이하의 저점도를 가지는 경우, 유동성이 우수하여 사용 제약 등이 극복될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 포소화약제의 점도가 높은 경우에는 유동성이 낮아 물과의 희석 시 희석 배율을 맞추기 어렵고, 특히 동절기에는 포소화약제의 점도가 더 높아져 보온을 위한 시설이나 유지 관리비용 등이 소요된다. 그러나 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 200cSt 이하의 저점도를 가지는 경우, 유동성이 우수하여 사용 제약 등이 극복되고 보온을 위한 시설이나 유지 관리비용 등이 소요되지 않는다. 본 발명에 따른 포소화약제는, 구체적으로 50cSt ~ 200cSt의 저점도를 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 80cSt ~ 180cSt의 저점도를 가질 수 있다.
상기 저점도는 고분자막 형성제를 특정의 종류(성분)로 사용함으로써 유지될 수 있다. 상기한 바와 같이, 고분자막 형성제에 의해 포소화약제의 점도가 높아질 수 있으며, 예를 들어 검류 등을 사용하는 경우에는 점도가 매우 높아진다. 이에 반해, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기한 바와 같이 고분자막 형성제로서 알긴산과 덱스트란을 특정하여 사용하는 경우, 우수한 소화성능을 가지면서도 저점도 유지에 매우 효과적이다. 예를 들어, 150cSt 이하의 저점도를 갖게 할 수 있다. 이는 하기의 실시예에 의해 확인될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 포소화약제는 상기와 같은 성분들 이외에 지방산 에스테르염과 분산제를 더 포함할 수 있다. 이러한 지방산 에스테르염과 분산제에 의해 소화성능 및 분산 안정성(저장 안정성) 등이 더욱 향상될 수 있다.
상기 지방산 에스테르염은 분자 내에 적어도 하나 이상의 에스테르기(-COO)와 금속 원소를 가지는 것으로서, 이러한 지방산 에스테르염은 소화성능을 개선한다. 구체적으로, 지방산 에스테르염은 적어도 불꽃 제거제(화염 방지제)로서 작용하여 소화성능을 개선한다. 지방산 에스테르염은, 예를 들어 R-COO-M의 화학 구조식을 가질 수 있다. 여기서, 상기 R은 예를 들어 탄소수 C1 내지 C20의 지방족 탄화수소 화합물 등으로부터 선택될 수 있으며, 상기 M은 Na, K, Ca 및 Mg 등의 금속 원소로부터 선택될 수 있다. 지방산 에스테르염은, 구체적인 예를 들어 탄소수 C10 내지 C20의 지방산 금속염으로서 라우르산 금속염, 팔미트산 금속염, 스테아린산 금속염, 올레산 금속염 및/또는 리놀렌산 금속염 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 지방산 에스테르염은 수용성 및/또는 불수용성인 것으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 수용성인 것으로부터 선택될 수 있다. 이때, 수용성의 지방산 에스테르염은 물에 용해시켜 포소화약제에 혼합될 수 있으며, 불수용성의 지방산 에스테르염은 적절한 분산제를 사용하여 물에 분산시켜 소화약제에 혼합될 수 있다. 수용성의 지방산 에스테르염은, 구체적인 예를 들어 지방산 나트륨염(R-COO-Na) 및/또는 지방산 칼륨염(R-COO-K) 등을 들 수 있다. 그리고 불수용성의 지방산 에스테르염은, 구체적인 예를 들어 지방산 칼슘염(R-COO-Ca) 및/또는 지방산 마그네슘염(R-COO-Mg) 등을 들 수 있다. 아울러, 지방산 에스테르염이 위와 같은 불수용성의 지방산 에스테르염(금속염)으로부터 선택되는 경우, 이는 포소화약제에 미립자로 포함될 수 있다. 불수용성의 지방산 에스테르염(금속염)은, 예를 들어 20㎛ 이하, 구체적인 예를 들어 0.01㎛ 내지 20㎛, 보다 구체적인 예를 들어 0.05㎛ 내지 10㎛의 미립자 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 지방산 에스테르염은 포소화약제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 0.1 ~ 10중량%로 포함될 수 있다. 이때, 지방산 에스테르염의 함량이 0.1중량% 미만으로서 너무 작은 경우, 이의 사용에 따른 소화성능 개선 효과(불꽃 제거능 등)가 미미할 수 있다. 그리고 지방산 에스테르염의 함량이 10중량%를 초과하여 너무 많은 경우, 포소화약제 내에 균일한 용해(분산)가 어려울 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 지방산 에스테르염은 0.5 ~ 5중량%로 포함될 수 있다.
상기 분산제는 상기와 같은 성분들, 즉 기포제, 기포 안정제, 기포 안정제, 고분자막 형성제 및/또는 지방산 에스테르염을 분산시키기 위해 사용되며, 이는 특히 상기 성분들 중에서 적어도 기포제 및/또는 지방산 에스테르염을 분산시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 지방산 에스테르염으로서 불수용성인 것을 사용하는 경우, 이는 물에 대한 분산성이 떨어질 수 있다. 상기 분산제는 기포제 및/또는 지방산 에스테르염의 균일한 분산, 보다 구체적으로는 불수용성의 지방산 에스테르염을 균일하게 분산시키기 위해 첨가된다. 이러한 분산제에 의해, 적어도 기포제 및/또는 지방산 에스테르염이 포소화약제에 균일하게 분산되어, 소화성능이 개선됨은 물론 침전이나 층분리 등이 효과적으로 방지되어 우수한 저장 안정성을 가질 수 있다.
상기 분산제는 수용성인 것으로부터 선택될 수 있으며, 이는 예를 들어 아민계 화합물 등을 사용할 수 있다. 이러한 분산제는 상용화된 제품으로서, 예를 들어 독일 BYK사(社)의 BYK 시리즈 제품(BYK-154 및 BYK-W940 등) 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 분산제는 포소화약제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 0.01 ~ 5중량%로 포함될 수 있다. 이때, 분산제의 함량이 0.01중량% 미만인 경우, 이의 사용에 따른 분산 개선능이 미미할 수 있다. 그리고 분산제의 함량이 5중량%를 초과하는 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 경제적 측면에서도 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 분산제는 0.02 ~ 3중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 분산제는 에스테르 화합물을 포함하는 것이 좋다. 본 발명에서, 상기 에스테르 화합물은 분자 내에 적어도 하나 이상의 히드록시기(-OH)와 적어도 하나 이상의 에스테르기(COO-)를 가지는 화합물로서, 이는 상기 지방산 에스테르염을 효과적으로 분산시켜 우수한 저장 안정성을 갖게 할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 특정하는 상기 에스테르 화합물은, 먼저 상기 히드록시기(-OH)에 의해 수용성을 가져 물에 혼합(용해)되면서, 상기 에스테르기(COO-)에 의해 지방산 에스테르염과의 상용성이 높아 지방산 에스테르염을 효과적으로 분산(희석)시켜 우수한 저장 안정성을 갖게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 에스테르 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 더욱 좋다. 구체적으로, 분산제로서의 상기 에스테르 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물의 단독이거나, 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 적어도 포함하되, 여기에 히드록시기(-OH) 및 에테르기(COO-)를 가지는 다른 에스테르 화합물 등이 더 혼합된 혼합물로 구성될 수 있다.
[화학식]
Figure 112016083243685-pat00003
상기 화학식에서, R1과 R2는 서로 종속적이지 않다. 즉, R1과 R2는 서로 무관하게 독립적인 그룹으로서, 이들은 단일 원소로 구성되거나 탄화수소계 화합물로부터 선택된다. 구체적으로, 상기 화학식에서, R1과 R2는 서로 같거나 다르고 수소(H), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소로부터 선택된다. 상기 R1과 R2는, 예를 들어 지방족 탄화수소로부터 선택되는 경우, 이는 포화 탄화수소 또는 하나 이상의 불포화기(2중 결합기 및/또는 3중 결합기)를 가지는 불포화 탄화수소일 수 있다. 이러한 R1과 R2는, 예를 들어 C1 ~ C20의 탄소수를 가질 수 있다. 또한, 상기 R1과 R2는 방향족 탄화수소인 경우, 이는 하나 또는 2 이상의 벤젠 고리를 포함할 수 있다.
상기 화학식에서, n은 0(zero) 또는 1 이상의 정수이다. 상기 화학식에서, n의 상한치는 제한되지 않는다. n은, 예를 들어 0(zero) 내지 20 이내의 정수일 수 있으며, 구체적인 예를 들어 0(zero) 내지 10 이내의 정수일 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식으로 표시되는 화합물은 히드록시기(-OH)와 에스테르기(COO-)를 포함하여 지방산 에스테르염을 효과적으로 분산시킨다. 또한, 상기 화학식의 화합물은 높은 비점을 갖는다. 구체적으로, 상기 화학식의 화합물은, 예를 들어 상기 R1 및/또는 R2의 분자량에 의해 높은 비점을 가져 열적으로 안정하고, 이에 따라 고온에서도 우수한 저장 안정성을 도모할 수 있다.
또한, 분산제로서의 상기 에스테르 화합물은 지방산 에스테르염 100 중량부에 대하여 2 내지 25 중량부로 포함되는 것이 좋다. 즉, 본 발명에 따른 포소화약제는 지방산 에스테르염과, 이의 분산제로서의 에스테르 화합물을 더 포함하되, 상기 지방산 에스테르염과 에스테르 화합물을 100 : 2 ~ 25의 중량비로 포함하는 것이 좋다. 이때, 지방산 에스테르염 100 중량부 기준으로, 에스테르 화합물의 사용량이 2 중량부(중량비) 미만인 경우, 에스테르 화합물의 사용에 따른 분산 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 에스테르 화합물의 사용량이 25 중량부(중량비)를 초과하는 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 경제적 측면에서도 바람직하지 않을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 포소화약제는 우수한 소화성능과 친환경성을 가지면서 저발포포는 물론 고발포포로 사용될 수 있다. 이러한 소화성능과 발포특성 등은, 예를 들어 상기 기포제 등을 통해 구현된다. 구체적으로, 기포제로서 비이온성 계면활성제인 솔비탄지방산에스테르와 양쪽성 계면활성제인 코코아미드프로필베타인의 혼합을 사용함으로 인해, 우수한 소화성능 및 친환경성을 가지면서 저발포 및 고발포의 발포배율로 사용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 포소화약제는 고분자막 형성제를 포함하여, 전술한 바와 같이 비수용성 액체(비극성 탄화수소계 용매)의 화재에는 물론 수용성 액체(극성 탄화수소계 용매)의 화재에도 모두 적용이 가능하며, 화재원의 종류에 관계없이 우수한 소화성능을 갖는다. 아울러, 고분자막 형성제로서 알긴산과 덱스트란을 사용하는 경우, 200cSt 이하의 저점도를 유지하여 우수한 유동성을 갖는다. 부가적으로, 지방산 에스테르염과 분산제를 더 포함하는 경우, 소화성능이 더욱 향상되면서 우수한 저장 안정성 등을 갖는다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것은 아니며, 이는 단지 실시예와의 비교를 위해 제공된다.
[실시예 1]
기포제로서 비이온성 계면활성제(솔비탄지방산에스테르) 15중량부와 양쪽성 계면활성제(코코아미드프로필베타인) 25중량부, 기포 안정제로서 폴리에틸렌옥사이드 2중량부와 폴리비닐알콜 3중량부, 기포 증진제로서 디프로필렌글리콜 25중량부, 고분자막 형성제로서 산탄검(Xanthane gum) 5중량부, 부동화제로서 폴리에틸렌글리콜 20중량부, pH 조정제 0.1중량부 및 물 4.9중량부를 혼합하여 포소화약제를 제조하였다. 본 실시예에 따른 포소화약제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 3]에 보인 바와 같다.
[실시예 2 ~ 8]
상기 실시예 1과 대비하여 포소화약제의 성분 및 함량을 달리하였다. 각 실시예(2 ~ 8)에 따른 포소화약제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 3] 및 [표 4]에 보인 바와 같다.
[비교예 1 ~ 4]
상기 실시예 1과 비교하여 포소화약제의 성분 및 함량을 달리하였다. 각 비교예(1 ~ 4)에 따른 포소화약제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 3]에 보인 바와 같다.
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 포소화약제에 대하여 점도, 발포성능(발포배율, 25% 환원시간) 및 소화성능(소화시간)을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 3] 및 [표 4]에 함께 나타내었다. 이때, 발포성능(발포배율, 25% 환원시간)과 소화성능(소화시간)은 각 실시예 및 비교예에 따른 포소화약제 3중량%를 물 97중량%와 희석한 다음, 소화약제의 형식승인 및 제품검사의 기술기준[합성계면활성제포]에 따라 평가하였다. 하기 [표 5]는 국내 소화약제의 형식승인 및 제품검사의 기술기준(국민안전치 고시 제2015-68호, 2015.03.19. 일부개정)을 보인 것이다.
< 포소화약제의 조성(성분/함량) 및 소화성능 평가 결과, 단위 : 중량부 >
성 분 비교예 실시예
1 2 3 4 1 2 3


기포제
비이온성
계면활성제
A1 15 - - - - - -
A2 - 15 - - - - -
A3 - - 15 15 15 15 15
양쪽성
계면활성제
B1 - - 25 - - - -
B2 - - - 25 - - -
B3 25 25 - - 25 25 25
기포
안정제
폴리에틸렌
옥사이드
2 2 2 2 2 2 2
폴리비닐알콜 3 3 3 3 3 3 3
기포
증진제
디프로필렌
글리콜
25 25 25 25 25 25 25

고분자막
형성제
산탄검 5 - 5 5 5 - -
카라키난검 - 5 - - - - -
알긴산 - - - - - - 2
덱스트란 - - - - - 5 3
부동화제 폴리에틸렌
글리콜
20 20 20 20 20 20 20
pH 조정제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9
점도
[cSt, at 25℃]
4,200 4,300 4,300 4,400 4,500 135 137
발포배율
[배]
저발포 5.5 5.4 5.5 5.6 6.0 6.1 6.5
고발포 650 640 650 650 750 760 760
25% 환원시간
[분(')초(")]
저발포 2' 1'40" 2' 2'10" 2'50" 3' 3'
고발포 5' 5' 6' 5'30" 7' 7'10" 7'20"
소화시간
[분(')초(")]
저발포(B급) 1'30" 1'40" 1'50" 1'50" 1'10" 1'10" 1'
고발포(B급) 50" 50" 55" 50" 45" 45" 43"
고발포(A급) 3'30" 3'40" 3'40" 3'30" 3' 3'10" 3'

* A1 : 디메틸라우릴아민옥사이드 * B1 : 코코암포카르복실글리신에이트
* A2 : 코코넛지방산디에틸아마이드 * B2 : 라우릴디메틸암모늄아세테이드베타인
* A3 : 솔비탄지방산에스테르 * B3 : 코코아이드프로필베타인
삭제
< 포소화약제의 조성(성분/함량) 및 소화성능 평가 결과, 단위 : 중량부 >
성 분 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8


기포제
비이온성
계면활성제
A1 - - - - -
A2 - - - - -
A3 15 15 15 13 14
양쪽성
계면활성제
B1 - - - - -
B2 - - - - -
B3 25 25 25 23 24
기포
안정제
폴리에틸렌
옥사이드
2 3 3 3 3
폴리비닐알콜 3 4 4 5 5
기포
증진제
디프로필렌
글리콜
25 25 25 25 25

고분자막
형성제
산탄검 - - - - -
카라키난검 - - - - -
알긴산 1 3 3 3 3
덱스트란 2 5 6 6 6
부동화제 폴리에틸렌
글리콜
20 18 18 18 18
pH 조정제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
6.9 1.9 0.9 3.9 1.9
점도
[cSt, at 25℃]
138 135 137 133 136
발포배율
[배]
저발포 6.5 6.5 6.6 6.6 6.8
고발포 750 760 760 755 770
25% 환원시간
[분(')초(")]
저발포 3' 3' 3'10" 3'15" 3'30"
고발포 7'10" 7'20" 7'30" 7'30" 7'40"
소화시간
[분(')초(")]
저발포(B급) 1' 1' 1' 55" 50"
고발포(B급) 45" 42" 40" 40" 40"
고발포(A급) 3' 2'50" 2'40" 2'35" 2'30"

* A1 : 디메틸라우릴아민옥사이드 * B1 : 코코암포카르복실글리신에이트
* A2 : 코코넛지방산디에틸아마이드 * B2 : 라우릴디메틸암모늄아세테이드베타인
* A3 : 솔비탄지방산에스테르 * B3 : 코코아이드프로필베타인
삭제
Figure 112016083243685-pat00004
상기 [표 3] 및 [표 4]에 보인 바와 같이, 먼저 실시예 1과 비교예 1 ~ 4를 대비하여 보면, 기포제로서 여러 종류의 계면활성제 중에서도 솔비탄지방산에스테르(비이온성 계면활성제)와 코코아미드프로필베타인(양쪽성 계면활성제)을 혼합 사용하는 경우(실시예 1)가 모든 항목에서 우수함을 알 수 있었다. 즉, 저발포 및 고발포의 발포배율과, 각 발포배율에서의 25% 환원시간은 물론이고, A급(목재) 및 B급(노르말 헵탄)의 화재원에 관계없이 모든 소화성능(소화시간)이 우수함을 알 수 있었다.
또한, 고분자막 형성제로서 검류(산탄검 및 카라키난검)를 사용한 경우(비교예 1 ~ 4 및 실시예 1)에는 4,200cSt 이상으로서 매우 높은 점도를 가지나, 알긴산과 덱스트란을 사용한 경우(실시예 2 ~ 8)에는 200cSt 이하(구체적으로는 140cSt 이하)의 낮은 점도를 가짐을 알 수 있었다.
아울러, 실시예 2와 실시예 3을 대비하여 보면, 고분자막 형성제로서 알긴산과 덱스트란을 사용함에 있어서도 덱스트란 단독으로 사용하는 경우(실시예 2)보다 알긴산과 덱스트란의 혼합으로 사용한 경우(실시예 3)가 소화성능에 유리함을 알 수 있었다.
또한, 알긴산과 덱스트란을 혼합 사용함에 있어서는, 이들을 각각 적정 함량으로 사용한 경우에 우수한 결과를 보임을 알 수 있었다. 구체적으로, 실시예 3 ~ 6을 대비하여 보면, 알긴산은 2 ~ 3중량부(중량%)로 사용하고 덱스트란은 5 ~ 6중량부(중량%)로 사용한 경우(실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6)가 25% 환원시간 및 소화성능이 우수함을 알 수 있었다.
부가적으로, 실시예 6 ~ 8을 대비하여 보면, 기포제로서 솔비탄지방산에스테르(비이온성 계면활성제)와 코코아미드프로필베타인(양쪽성 계면활성제)을 혼합 사용함에 있어서는 솔비탄지방산에스테르(비이온성 계면활성제)는 13 ~ 14중량부(중량%), 코코아미드프로필베타인(양쪽성 계면활성제)은 23 ~ 24중량부(중량%)로 혼합 사용한 경우(실시예 7 및 실시예 8)가 25% 환원시간 및 소화성능에서 향상된 결과를 보임을 알 수 있었다.
또한, 하기 [표 6]은 상기 실시예 8에 따른 포소화약제와 국내 형식승인품에 대하여 소화약제의 형식승인 및 제품검사의 기술기준에 따라 소화성능을 평가한 결과를 보인 것이다. 하기 [표 6]에서, 제품1은 국내 K사 제품의 포소화약제 형식승인품이고, 제품2는 국내 S사 제품의 포소화약제 형식승인품이다.
< 포소화약제의 소화성능 평가 결과 >
항 목 실시예 8 제품1 제품2
연 료 N-헵탄 메탄올 N-헵탄 메탄올 N-헵탄 메탄올
예열시간 1분 2분 1분 2분 1분 2분
소화시간 50초 1분10초 1분50초 소화안됨 1분30초 소화안됨
밀 봉 성 매우 양호 매우 양호 양호 - 양호 -
비 고 3% 희석 3% 희석 국내 형식승인품 국내 형식승인품
상기 [표 6]에 보인 바와 같이, 실시예 8에 따른 포소화약제가 국내 형식승인품보다 소화성능이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 국내 형식승인품의 경우에는 극성 용매, 즉 메탄올의 화재에는 적용이 어려우나, 실시예 8에 따른 포소화약제는 메탄올에 대해서도 우수한 소화성능을 가져 다목적으로 사용 가능함을 알 수 있었다.
[실시예 9 ~ 10]
상기 실시예 8과 동일하게 실시하되, 포소화약제의 성분 및 함량을 달리하였다. 이때, 실시예 9의 경우에는 약 3㎛의 평균 입도 크기를 가지는 불수용성의 지방산 에스테르염 미립자(스테아린산 칼슘 미립자)를 첨가하였으며, 실시예 10의 경우에는 불수용성의 지방산 에스테르염 미립자(스테아린산 칼슘 미립자)와 함께 분산제(BYK-154)를 더 첨가하였다. 각 실시예(9 ~ 10)에 따른 포소화약제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 7]에 보인 바와 같다.
[실시예 11]
상기 실시예 10과 동일하게 실시하되, 분산제의 종류를 달리하였다. 구체적으로, 분산제로서 아래의 <제조예 1>에 따라 제조된 에스테르 화합물(1-벤즈옥시-2-히드록시-지방산 에스테르)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 10과 동일한 실시하여 포소화약제를 제조하였다. 본 실시예에 따른 포소화약제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 7]에 보인 바와 같다.
<제조예 1> : 에스테르 화합물(분산제)의 제조
깨끗하게 세척된 3리터 4구 플라스크(flask) 반응기에 벤질알콜 432g과 트리프로로보론 0.1g을 넣고, 질소를 공급하여 10분간 상온에서 교반하여 주었다. 이후, 반응기에 에피크로로하이드린 372g을 3시간에 걸쳐 적하하였다. 이때, 적하하는 동안 온도가 40℃를 넘지 않도록, 반응기 아래에 냉탕 용기를 받쳐주어 온도를 떨어뜨리면서 적하하였다. 적하가 끝난 후, 1시간 동안 유지 반응을 진행한 다음, 탄산나트륨 500g을 넣고, 2시간에 걸쳐 120℃까지 온도를 승온시켰다.
다음으로, 승온 후 반응기에 대두유 지방산 1,200g을 3시간에 걸쳐 적하하고, 150℃까지 승온시켜 5시간 동안 반응시켰다. 반응이 진행되면서 탄산가스가 발생되었으며, 탄산가스의 발생이 멈추자 약 80℃로 냉각시켰다. 냉각 후, 소금층을 여과 걸러내어, 분자 내에 히드록시기와 에스테르기를 동시에 가지는 약 1,280g의 에스테르 화합물(1-벤즈옥시-2-히드록시-지방산 에스테르)을 얻었다.
< 포소화약제의 성분 및 함량, 단위 : 중량부 >
성 분 실시예 9 실시예 10 실시예 11
기포제 비이온성 계면활성제 A3 14 14 14
양쪽성 계면활성제 B3 24 24 24
기포
안정제
폴리에틸렌옥사이드 3 3 3
폴리비닐알콜 5 5 5
기포
증진제
디프로필렌글리콜 18 18 18
고분자막
형성제
알긴산 3 3 3
덱스트란 6 6 6
부동화제 폴리에틸렌글리콜 18 18 18
pH 조정제 0.1 0.1 0.1
지방산 에스테르염 5 5 5
분산제 C1 - 0.5 -
C2 - - 0.5
3.9 3.4 3.4

* A3 : 솔비탄지방산에스테르
* B3 : 코코아이드프로필베타인
* 지방산 에스테르염 : 불수용성 스테아린산 금속염(스테아린산 칼슘)
* C1(분산제) : 독일 BYK사 제품(BYK-154)
* C2(분산제) : 히드록시기(-OH)와 에스테르기(COO-)를 가지는 에스테르 화합물
(제조예 1 : 1-벤즈옥시-2-히드록시-지방산 에스테르)
삭제
상기 실시예 9 ~ 11에 따른 포소화약제에 대하여, 다음과 같이 불꽃 착화 테스트와 저장 안정성(분산 안정성) 평가를 진행하였다. 또한, 상기 실시예 8에 따른 포소화약제에 대해서도 동일한 방법으로 불꽃 착화 테스트와 저장 안정성 평가를 진행하였다. 그 결과를 하기 [표 8]에 나타내었다.
< 불꽃 착화 테스트 >
상기 각 실시예에 따른 포소화약제를 가연성이 높은 스티로폼 판넬(폴리스티렌 발포 비드를 판넬 형상으로 융착시켜 제조한 것)의 표면에 분사 코팅한 다음, 완전히 건조시켰다. 이후, 밀폐 가능한 챔버(chamber) 내에 넣고, 착화기(가스 토치)를 통해 각 시편을 약 10초 동안 착화시킨 다음, 착화기(가스 토치) 제거 후의 불꽃 존재 시간(초)을 측정하였다.
< 저장 안정성 평가 >
상기 각 실시예에 따른 포소화약제를 투명 유리 용기에 넣고 상대 습도 60%, 온도 80℃의 고온/고습 조건하에서 10일간 보관하고, 이후 4℃의 저온 조건에서 5일간 보관하였다. 그리고 다시 상대 습도 60%, 온도 80℃의 고온/고습 조건하에서 5일간 더 보관한 다음, 포소화약제의 침전과 층분리 발생 여부를 육안으로 평가하였다. 이때, 아래의 평가 기준에 따라 평가하여, 그 결과를 하기 [표 8]에 나타내었다.
* 저장 안정성 평가 기준 *
◎ : 침전 및 층분리가 전혀 발생하지 않는 경우
○ : 침전 및 층분리 중에서 1개라도 발생한 경우
△ : 침전 및 층분리가 모두 발생한 경우
< 포소화약제의 불꽃 착화 및 저장 안정성 평가 결과 >
비 고 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11
불꽃 착화 테스트
(불꽃 존재 시간)
4초 착화기 제거와 동시에 사라짐 착화기 제거와 동시에 사라짐 착화기 제거와 동시에 사라짐
저장 안정성
(고온/저온/고온)
상기 [표 8]에 보인 바와 같이, 지방산 에스테르염을 포함하는 경우(실시예 9 ~ 11), 불꽃 제거능에 유리함을 알 수 있었다. 또한, 분산제를 첨가한 경우(실시예 10 ~ 11)에 저정 안정성이 개선되며, 특히 분산제로서 히드록시기(-OH)와 에스테르기(COO-)를 가지는 에스테르 화합물(제조예 1)을 사용한 경우(실시예 11)에 고온/저온/고온의 가혹한 조건에서 장시간 보관한 후에도 침전이나 층분리가 없어 우수한 저장 안정성을 가짐을 알 수 있었다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기포제;
    기포 안정제;
    기포 증진제;
    부동화제;
    발생된 기포에 고분자막을 형성하는 고분자막 형성제; 및
    물을 포함하되,
    상기 기포제는 비이온성 계면활성제인 솔비탄지방산에스테르와 양쪽성 계면활성제로서 코코아미드프로필베타인의 혼합이고,
    상기 고분자막 형성제는 알긴산(alginic acid)과 덱스트란(dextran)의 혼합이며,
    상기 기포제로서 솔비탄지방산에스테르 10 ~ 30중량%와 코코아미드프로필베타인 20 ~ 40중량%;
    상기 기포 안정제로서 폴리에틸렌옥사이드 1 ~ 5중량%와 폴리비닐알콜 1 ~ 5중량%;
    상기 기포 증진제로서 디프로필렌글리콜 10 ~ 30중량%;
    상기 부동화제로서 폴리에틸렌글리콜 10 ~ 25중량%;
    상기 고분자막 형성제로서 알긴산(alginic acid) 2 ~ 5중량%와 덱스트란(dextran) 3 ~ 10중량%; 및
    상기 물로서 0.2 ~ 20중량%를 포함하고,
    점도가 50cSt ~ 200cSt인 것을 특징으로 하는 포소화약제.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포소화약제는,
    지방산 에스테르염 0.1 ~ 10중량%; 및
    분산제 0.01 ~ 5중량%를 더 포함하고,
    상기 지방산 에스테르염은 R-COO-M(여기서, R은 탄소수 C1 내지 C20의 지방족 탄화수소 화합물이고, M은 Na, K, Ca 및 Mg로부터 선택된 금속 원소이다.)의 화학 구조식을 가지는 금속염이며,
    상기 분산제는 분자 내에 히드록시기(-OH)와 에스테르기(COO-)를 가지는 에스테르 화합물로서, 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 포소화약제.
    [화학식]
    Figure 112017012446616-pat00005

    (위 화학식에서, R1과 R2는 서로 같거나 다르고 수소(H), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소이며; n은 0 또는 1 이상의 정수이다.)
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 알긴산(alginic acid)은 2 ~ 3중량%로 포함되고,
    상기 덱스트란(dextran)은 5 ~ 6중량%로 포함되며,
    상기 점도는 80cSt ~ 180cSt인 것을 특징으로 하는 포소화약제.
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