火災を防ぐ及び／又は消火する方法
火災の広がりを防ぐため及び火災を直接消火するために、架橋した水膨潤性添加剤ポリマーの植物油分散液を消火水に添加する。添加剤は、多量の水を吸収する性質、垂直及び水平表面に付着する高粘度、及び標準的な消火装置で排出されるのに十分な流動性の保持力を有する。排出、ポンプ輸送、又は源水へのバッチ添加によりこの添加剤を消火水に添加する方法も開示されている。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本開示は、一般的には火災を防ぐ及び/又は消火する方法に関し、特に火災を防ぐ及び/又は消火するために水を抱えたポリマー粒子を表面に塗布する方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
水は、通常火災を消火するため及びその近隣の構造物への広がりを防ぐために使用される。水は、火災に適用されると、熱除去及び酸素剥脱を含むいくつかの有利な効果を有する。水が火災に隣接する構造物にその広がりを防ぐために向けられると、火災は、その隣接構造物がその燃焼又は発火温度に達しうる前に隣接構造物上(又はその中の構成要素中の)の水を蒸発させるのに十分な熱を提供するに違いない。
火災の近隣の構造物への広がりを防ぐために水を使用することの不利点の一は、構造物に向けられる水の大部分が防火のために構造物に浸み込むことなく、構造物から地面に流れ落ちる傾向があるということである。その結果、かなりの水が無駄になる。別の不利点は、大部分の構造物が限られた量の水しか吸収しないので構造物に浸み込む水が火災に対して限られた防火しか提供せず、限られた量の吸収された水が迅速に蒸発するということである。従って、防火を継続するために連続的に繰り返し水を近隣の構造物に適用するのにかなりの労働力が費やされなければならない。
火災を消火するのに水を使用することの不利点は、前述の流れ落ちる問題のためにかなりの量の水が直接は火災の消防に努めたり消火したりしないということである。火災の消火において水を使用することの別の不利点は、火災に直接吹き付けられた水が火災の上層で蒸発し、適用された水よりかなり少ない水が十分に浸透できて火災の基部を消火するということである。
【０００３】
消防に努めるために水を(単独で)使用することの前述の不利点に対処するために、von Brucherらによる米国特許第5,190,110号には、火災を消火及び/又は防ぐために乾燥した吸収剤ポリマーを含む水性系を使用することが記載されている。ポリマー粒子は２０乃至５００μの粒度を有し、得られる粘度が１００センチポアズ(cP)以下であるように撹拌又はポンプ作用により水中に分散されている。この系は、水に溶解せずに水を吸収する分離したポリマー粒子を含む。従って、粒子は水中に連行され、それらは火災に直接適用されうる。乾燥した固体顆粒状粒子は、典型的には水源と予め混合される。あるいは、乾燥した固体顆粒状粒子は、ノズルの前で直接添加されてもよい。この代替方法は粒子が膨潤するのに十分な時間がないので、粒子が表面に付着しうるほど十分には粘度が増大しない。
von Brucherらによる米国特許第4,978,460号にも、火災を消火及び/又は防ぐために乾燥した吸収剤ポリマーを含む水性系を使用することが記載されている。米国特許第4,978,460号の乾燥した固体ポリマー粒子は、粒子の凝集を防ぐために水溶性剥離剤で包まれている。カプセルに封入された固体の顆粒状粒子が膨潤する(すなわち、水の吸収により膨張する)時間は１０秒乃至数分である。典型的なホースの長さで消防に努める場合には、１０秒は水が消火ホースに連行される現実より長い。従って、標準的な消火装置でそのような封入されたポリマー粒子を使用する場合には、粒子が膨潤するのに十分な時間がなく、粘度は粒子が表面に付着しうるほど十分には増大しない。
【０００４】
Zweigleによる米国特許第3,758,641号にも、消火の用途に水を高度に吸収する乾燥した固体の顆粒状ポリマー粒子を使用することが記載されている。開示された粒子の使用は、特別な追加の消火装置を用いると最良になされる。
前述の最新式の消火用の水吸収剤ポリマー粒子は、それが乾燥した固体の顆粒であるために、多くの消火用途においてそのようなポリマーを使用することは、不可能でなくても困難である。例えば、そのようなポリマーを標準的な装置で標準的な消火ホースに排出することは、そのようなポリマーの特別な性質のためにほとんど不可能である。更に、ポリマーの乾燥した固体の性質が粒子の凝集、及びその後の消火ホースからの水流の閉塞を促進する。従って、場合によっては、消火の用途において乾燥した固体の顆粒状粒子を使用するためには、“そのような物質の取り扱いに適合するポンプ及び噴霧ノズル”のような特別な装置を提供することが必要である(例えば、Zweigleによる米国特許第3,758,641号を参照されたい。)。
更に、小川や川のような天然の水が水源として使用される場合には、ポリマーを水源にバッチ添加することによりそれを予め混合することは不可能である。例えば、ポリマー添加剤を流水や川に注ぐと、ポリマー添加剤の大部分は、火災の対処に使用するための水の吸引点を単に流れ過ぎるであろう。
【０００５】
本開示は、火災を防ぐ及び/又は消火するために使用するための、乾燥した粉末状の架橋した水膨潤性ポリマーを含む植物油分散液を提供する。有利なことには、分散液は給水と容易に混合される。更に、分散液は水と混合されて、混合物が機能的な厚さで垂直及び水平表面に容易に付着するのに十分に高い粘度を有する水-添加剤混合物を提供しうる。更に、分散液に含まれるポリマーは(水を吸収するのに)非常に短い膨潤時間を有し、標準的な消火装置の使用により消火ホースに容易に排出されうる。更に、本開示の分散液は植物油を含むので、消火のための添加剤としてのその使用は鉱油乳濁液を基剤とするポリマーと比較して環境上好都合である。
本開示の一実施態様においては、火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布する方法には、植物油分散液の形の架橋ポリマー粒子を提供すること、得られる水-添加剤混合物の粘度を約１００cPより高粘度に増大させるのに十分な量の水-吸収剤としての分散液を水に添加すること、及び水の吸収後には添加剤が水の総量の約５０質量％(wt.%)以上を保持する添加剤/水混合物を、火災を防ぐ及び/又は消火するために表面に向けることが含まれる。
本開示の別の実施態様においては、火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布する方法には、水-添加剤混合物を形成するために植物油及び乾燥した粉末状の架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液を水に添加すること、及び膨潤後にはポリマーが水-添加剤混合物中に約５０質量％以上の水を保持する添加剤-水混合物を、火災を防ぐ及び/又は消火するために表面に向けることが含まれる。
【０００６】
開示された方法は、火災を防ぐ及び/又は消火するために水添加剤を用いる。添加剤は、植物油及び架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液である。分散液は、粉末状の乾燥した水膨潤性ポリマーを、必要又は所望であれば、任意に適する１種以上の界面活性剤及び１種以上の安定剤とともに植物油に分散させることにより製造される。好ましい実施態様においては、分散液は、植物油中の乾燥した架橋ポリマー、及び１種以上の乳化剤及び１種以上の懸濁剤を含む。
好ましくは、分散液は、１種以上の親水性モノマーの乾燥した架橋ポリマーを植物油中に分散させたものである。典型的には、ポリマーはアクリルアミド及びアクリル酸誘導体 (例えば、アクリル酸塩)のコポリマーである。好ましくは、ポリマーは、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)塩のターポリマーである。重合により得られるポリマー粒子は、一般的には約７４μ未満の粒度に粉末化され、通常粒子の７０％が３７μ未満の粒度である。しかしながら、約１０乃至約２００μの粒度のポリマー粒子が使用されうる。
分散液の調製には、実質的にはいずれの水不溶性の植物油も使用しうる。好ましくは、植物油は菜種油(又はその精製された形であるカノーラ油)である。
ゲルは、典型的には、分散液を消火水に添加した後に形成される。油及び分散した架橋水膨潤性ポリマー粒子の粒度の選択は、分散液を消火水に添加した後に形成されるゲルの所望の軟度/剛性により決定される。固定化したゲルの形成は、一般的には約３秒以下で起こる。従って、粒子は、好ましくは約３秒未満の膨潤時間を有する。ゲルは、典型的には約１００cP以上、好ましくは約５００cP以上、約５０，０００cP以下の粘度を有する。“固定化した”ゲルの形成は、ゲルが接触時に垂直表面に付着することを意味する。
【０００７】
親水性-親油性バランス(HLB)の低い界面活性剤は、植物油中の乾燥したポリマー粒子の分散性を助けるために使用されうる。HLBの高い界面活性剤は、特定の消火要件のためにゲルの流動性を調節するために分散液に添加されうる。特に適する低HLB界面活性剤はソルビタンモノオレエートである。ソルビタンモノオレエートは食品において乳化剤として使用される。
好ましくは、添加剤は、水の吸収後に添加剤が水の総量の約５０質量％以上を保持するような十分な量が存在する。
ヒュームドシリカのような懸濁剤は、分散液に安定性及び流動性を提供するために使用されうる。これは、標準的な消火装置で容易に排出されうるように、水に導入される分散液を液体の形で供給することを可能にする。ヒュームドシリカの使用は、分散液に安定性を提供するばかりでなく、水-添加剤混合物(ゲル)の安定性を驚くほど増大させ、より低い添加剤濃度でも固定化したゲルを形成しうる。ヒュームドシリカもまた直接食品添加剤として認可されている。
植物油(例えば、カノーラ油)、ソルビタンモノオレエート、及びヒュームドシリカを含む、実質的にそれらからなる、又はそれらからなるポリマー分散液は、これらの配合成分が食品であるか又は直接食品添加剤として認可されているので、健康、安全、環境及び取り扱い面で特に望ましい。
【０００８】
添加剤は、典型的には、約０．１乃至約５０体積％(vol.%)、通常約２０体積％以下の濃度で水に添加される。好ましくは、添加剤は、約０．１乃至約１０体積％、更に好ましくは約１乃至約３体積％、又は約１乃至約２体積％の濃度で水に添加される。
添加剤は、その寸法及び質量に対してかなりの量の水を吸収しうる高吸収性ポリマー、及び得られる水-添加剤混合物が比較的高粘度を有する増粘剤の性質を兼ね備える。従って、消火ホースの端部から噴霧される水-添加剤混合物は垂直及び水平の両表面に機能的な厚さで容易に付着する。この付着は、水-添加剤混合物が、それが比較的長時間付着する構造物の損傷を火災から防ぎ、それにより構造物を再び塗布するのに必要な労働力を最小化する。従って、火災付近の構造物を塗布するのにこの水-添加剤混合物を使用することは、構造物に保護膜を提供する。このようにして、構造物に付着する添加剤の水を抱えたポリマー粒子中に存在するかなりの量の水の効果に打ち勝たなければならないので、火災は容易には広がらないであろう。更に、添加剤により吸収された水の量は純水により提供されたそれより迅速には蒸発しないので、添加剤の使用は火災を防ぐ及び/又は消火するためにより多量の水を提供する。その上、添加剤の消火上の利点は、噴霧(例えば、水-添加剤混合物で構造物の表面を覆った後)により再び満たされうるということである。噴霧は、典型的には、ポリマーにより保持された水の一部が蒸発するときに実施される。
この添加剤の消火水への添加方法は、好ましくは排出、ポンプ輸送、又は水源へのバッチ添加による。添加剤の種類及び性質が標準的な消火装置による排出を可能にする。
【０００９】
図１に示されるように、添加剤は、水性皮膜形成泡(AFFF)のような消火泡を排出するのに一般に使用されているようないずれかの適する方法で消火ホース(10)に排出されうる。垂下ホース(12)が添加剤のバケット(14)に取り付けられている。消火ホース(10)を通過する水流は排出ノズル(16)において負の圧力を生ずるので、バケット(14)から消火ホース(10)を通過する水流に添加剤を引き込む。排出ノズル(16)は、添加剤の流れを制御しうる内部バルブを有する。この添加剤は現在の標準的な消火装置で使用でき、新規装置の購入を必要としない。添加剤は流動性を有する分散液であるため、排出又は混合させるために運搬又は剥離剤を添加する必要がない。
あるいは、添加剤は、消防自動車(20)の水タンク(18)にバッチ添加してもよい。前と同様に、添加剤は流動性の分散液であるため、現在使用されている固体添加剤の場合に必要であるような、凝集を回避するための広範囲の撹拌又は分離運搬又は剥離剤の添加の必要がない。本開示の添加剤のバッチ添加においては、典型的にはごくわずかな混合しか必要としない。
添加剤を、例えば、消火ホースへの排出又は水タンクへのバッチ添加によりかなりの量の消火水に導入する場合には、分散液が消火水と混合して、分散液内のポリマー粒子が多量の水に暴露され、迅速に有意量の水を吸収する。
植物油分散液内の膨潤した粒子は均質な高粘度の流体を形成する。分散液の性質のために、得られる水-添加剤混合物は短い(好ましくは約３秒以下)膨潤又は吸収時間及び比較的高粘度を有するので、混合物が容易に垂直及び水平の両表面に付着しうる。更に、水-添加剤混合物は、添加剤が標準的な消火装置により容易に排出されうるのに十分な流動性を有する。
【００１０】
水-添加剤混合物を垂直又は水平表面に噴霧すると、混合物が表面に付着して、それにより火災を消火及び/又は火災の近くにある構造物の長時間にわたる防火を提供する。図２に示されるように、混合物を表面(22)に噴霧すると、水を抱えたポリマー粒子(24)が相互に積み重なる。これは、AFFF及びその他の泡が使用される場合と同様であるが、ポリマー粒子(24)は水を抱えていて、従来の泡には空気が満たされている。この水は、添加剤の熱保護量を劇的に増大させる。
火災が表面(22)に近づくと、火災に最も近接した外側の水を抱えたポリマー粒子(24)が、水の蒸発点に達するまで熱を吸収する。従って、より壁に近い水を抱えたポリマー粒子(24)は、外側の水を抱えたポリマー粒子(24)が蒸発するまで保護される。次いで、次の層の水を抱えたポリマー粒子(24)が水の蒸発点に達するまで熱を吸収し、それにより残存する内側の層の水を抱えたポリマー粒子(24)を保護する。この過程は、最も内側の層の水を抱えたポリマー粒子(24)の水が蒸発するまで継続する。水が空気の泡より有意に高い熱容量を有するので、この過程は、熱を吸収するのに水の代わりに空気を使用する従来の泡を使用するより有意に効果的に熱を吸収する。
追加の利点として、保護された表面に至るまで火災が水を抱えたポリマー粒子の層から水を蒸発させる時まで、火災の進出点より上の表面の塗膜は、塗膜ゲルの粘度に依存して滑り落ちて部分的に再び塗布し、火災の進出した領域を保護する。このことはまた、現在定期的に表面を湿らせることを必要とする労働力及び物質資源を最小化する。明らかに、火災が燃焼し続ければ、ある時点で火災が添加剤から実質的にすべての水を蒸発させるであろう。しかし、火災の進出及び火災による損傷を遅らせることにより、及び火災を直接消火するのに添加剤を用いることにより、消防士は減速した火災をより効果的に消火し、火災による損傷は従来の消火技術及び物質が消火に使用される場合の損傷より有意に低下するであろう。従って、添加剤は消火技術における実質的な飛躍を示す。
【００１１】
前述のように、水が火災に直接噴霧される場合には、水が炎に達しうる前に火災より上の過熱した空気が水を蒸発させるので、水の大半は効果的に火災を消火しない。しかしながら、本開示の添加剤が使用される場合には、水を抱えた添加剤ポリマー粒子が蒸発を遅らせるので、より多くの水が火災に達し、蒸発過程がより減速される。従って、より多くの水が火災に達するばかりでなく、単に水を用いる場合より、又は消火泡のような従来の添加剤を用いる場合よりもより少ない水が使用される。単に水を用いる場合にはまた、火災に直接使用される(及び蒸発しない)水の大部分が流れ落ちるか地面に浸み込んで、初期の使用後に無駄になる。追加の利点として、本開示の水-添加剤混合物は、水を抱えたポリマー粒子が熱を吸収し、粘性である混合物が表面に付着して表面から燃焼に必要な酸素を奪い、燃焼した表面に窒息効果を提供するために、流れ落ちるか地面に浸み込む代わりに、灰又は燃焼している黒焦げになった構造物を塗布して、再発火を防ぐのを助ける。
添加剤のこれらの性質のために、水-添加剤混合物はまた、山又はやぶ火事の消火に努める場合にも人工防火地帯として使用するのに適する。混合物は火災の前方に噴霧することができ、茂みや木々のような構造物を塗布するので、火災が処理された領域に達するときにその進出が停止し、消防士は火災が更に前進することなく炎を消火しうるであろう。このことは、防火地帯のためにブルドーザーを使用したり焼き払いをしたりして領域を一掃するような従来の防火地帯の手段を使用するより有意に損傷を低下させる。
【００１２】
添加剤は、それ自身の質量に対してかなりの量の水を吸収しうる。添加剤粒子が消火水に添加されてその最大容量の水を吸収する(好ましくは３秒以内に)場合には、粒子は消火に使用される水の約９０質量％以上を運びうる。
ポリマーは、好ましくは、植物油分散液中の乾燥した架橋水溶性ポリマーである。ポリマーは、アクリルアミド、アクリル酸誘導体、無水マレイン酸、イタコン酸、2-ヒドロキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-tert-ブチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、2-ジメチルアミノエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸誘導体、及びその他の親水性モノマーのような親水性モノマーのポリマーでもよい。好ましくは、ポリマーは、アクリルアミド及びアクリル酸誘導体のコポリマーであり、更に好ましくは、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)塩のターポリマーである。塩は、一般的にはいずれの１価の塩でもよいが、好ましくはナトリウム又はカリウム塩である。
【００１３】
多くのそのような乾燥ポリマーは市販されており、通常おむつに使用されている。１００cPよりかなり大きい粘度、５００乃至５０，０００cPの粘度さえ容易に得られ、本開示の添加剤に有利に使用される。これは、火災の消火においては１００cPより高い粘度は望ましくなく役に立たないと教示するvon Brucherらによる米国特許第5,190,110号により示されている技術の状態とは対照的である。水-添加剤混合物の粘度は高いほど水-添加剤混合物が垂直表面への良好な付着性を有することができるが、水-添加剤混合物は、添加剤が標準的な消火装置によりうまく排出されうるほどなお十分に流動性である。
水の硬度、換言すれば、ポリマー粒子の膨潤度に影響を及ぼす水中の２価のカチオン量のために、成分は水の硬度の影響を弱めるように導入されうる。この適用において水の硬度の影響を弱めるのに適するモノマーはAMPS又はその誘導体である。乾燥ポリマーに含まれるAMPSの量は特定の使用地域における水の硬度に依存して変化しうる。しかしながら、特に硬水のない地理的地域においては、ポリマーは、硬水の影響を弱める化学物質を含まなくても有効である。
【００１４】
分散液中のポリマーの粒度は、一般的には７４μ未満であり、７０乃至９５％の粒子の寸法は、一般的には約３７μ未満である。ポリマーの粒度は、添加剤が消火水に排出されたときから添加剤/水混合物が保護されるべき表面に固定化されるときまでの時間に粒子がその膨潤を完了させるように、約３秒以下の好ましい膨潤時間を可能にする。従来のポリマー粒子の膨潤時間は最良でも約１０秒の膨潤時間を有する(例えば、von Brucherらによる米国特許第4,978,460号を参照されたい)が、植物油/界面活性剤系の分散液のために、本開示の添加剤における粒子は、好ましくは約３秒以下の膨潤時間を有するであろう。従来のポリマー粒子はしばしば、消火に使用するのに適する十分な水を吸収する前に数分又は数時間の膨潤時間を有する(例えば、Walkerらによる米国特許第3,247,171号を参照されたい)。これらの長い膨潤時間は、かなりの事前準備及び/又は特別な装置なしの排出系における使用には不適切である。
開示された添加剤の短い膨潤時間及び流体状態のために、添加剤は、タンク車又は消火栓のような消火ホース及び水源を有する標準的な排出系において使用するのにすばらしく適する。これは、本開示の方法を実施する特別な装置の必要性を排除する。本開示はまた、添加剤をタンク車のタンクに直接添加することにより使用するのにも適する。このためには、消防タンク車上の標準的な１８９０リットル(５００ガロン)のタンクを処理するのに３７．９乃至５６．８リットル、すなわち５９．０kg未満(１０乃至１５ガロン、すなわち１３０ポンド未満)の添加剤しか必要としない。水１リットルあたり２００gの添加剤が必要である(典型的な１８９０リットル(５００ガロン)のタンクに３７８kg(約８３５ポンド)の添加剤が必要であることに相当)von Brucherらによる米国特許第4,978,460号に示されるように、このことは、業界の状態を有意に改良する。
消火及び防火の性質を評価するために、添加剤についていくつかの試験を実施した。
【００１５】
（実施例１）
厚さ６．３５mm(１/４インチ)の１．２m(４フィート)×１．２m(４フィート)の合板に、排出装置を用い、以下の表中の製品4を２．５体積％の水-添加剤混合物溶液で約６．３５mm(１/４インチ)の厚さに塗布した。この塗布後に、合板をプロパンガスバーナーによる直火に暴露させた。処理された合板の全焼時間を測定し、処理されていない合板の同一シートの全焼時間と比較した。処理された合板の全焼時間は９分１２秒であった。処理されていない合板の全焼時間は２分４０秒であった。
【００１６】
（実施例２〜７）
添加剤の消火水流への排出は、添加剤の正確な濃度を保証しないし、正確なゲル塗膜の厚さを認めない。添加剤濃度、ゲルの厚さ及び垂直表面の安定性の正確な難燃性を比較するために、これらの変数を制御する実験を実施した。一連の添加剤の正確な濃度は、排出装置の前処理をシミュレートする低速度のブレンダーで調製した。厚さ６．３５mm(１/４インチ)のポプラの板材に(引き延ばし技術を用いて)正確な厚さの塗膜を塗布した。更に、正確なプロパン火炎熱及び衝突距離を使用した。すべての場合に、添加剤/水混合物からブレンダー中で調製され、試験に使用されたゲルは、３秒未満で固定化された。次いでゲルをポプラの板材上で表１に示される厚さに拡げ、前述のように試験した。
【００１７】
【表１】
【００１８】
表中のデータは、開示された乾燥ポリマーを含む製品から製造される消火ゲルの驚くべき性能を示す。低HLB乳化剤及びヒュームドシリカを含むカノーラ油中の微粉末乾燥ポリマーである製品(4)は、同一の配合であるがヒュームドシリカを含まない製品(3)より優れた防火性を提供する。分散液に安定性を提供する上に、ヒュームドシリカの存在は、分散液が消火水に添加されるときに形成されるゲルを驚くほど安定化させ、ゲル塗膜が垂直表面に付着するのに必要な濃度を有意に低下させる。このことは、垂直に安定なゲルを提供するのにより低濃度の分散液が必要とされるばかりでなく、火災を消火するのに有効なゲル中の水が所与のゲルの厚さに関して増大することも意味する。
比較のために、市販の鉱油を基剤とする乳濁液製品(製品(2))について試験した。製品(2)は、防火性において本開示の製品(4)より劣っている。更に、製品(2)の鉱油を基剤とする配合物の粘度は、濃度を低下させるためのヒュームドシリカの添加により(製品(2A)において)有意に改良されない。本開示の分散液において植物油(実際には天然産の脂肪酸エステルである)キャリヤーを用いヒュームドシリカにより付与されたゲルの安定性の増大は有意な予期せぬ利点である。
米国特許第6,245,252 B1号(第７欄第１９行目)に記載されているように、逆相重合により製造される乳濁液ポリマーは迅速に乳濁液を“反転させる”ためによりHLBの高い乳濁液を必要とする。反転乳化剤は、油-連続相を希釈水に乳化させ、膨潤しうるようにポリマー粒子を水に暴露させる。植物油、すなわち脂肪酸エステルを使用する本開示においては、非常に安定なゲルを迅速に製造するために、しばしば湿潤剤とも呼ばれる反転界面活性剤を必要としない。
【００１９】
別の驚くべき結果は、製品(5)における湿潤剤(高HLB界面活性剤)の添加が測定できるほどゲルの形成時間を低下させない(試験された製品はすべて約３秒未満でゲルを形成した)ということである。更に、高HLB界面活性剤の添加は、高HLB界面活性剤を含まない製品である製品(4)の場合に可能な程度まで濃度を低下させることができない程度までゲルの粘度を低下させるが、なお安定な垂直塗膜を保持する。低HLB界面活性剤及びヒュームドシリカを含む植物油中の乾燥粉末ポリマーを水と結合させると、非常に有効な消火製品である平滑で均質なゲルを製造する。低HLB界面活性剤なし(製品(7))では、２体積％の濃度で垂直に安定なゲルが製造されるが、塗膜は均質ではなく、約２．５体積％を超える濃度ではもろくなる。塗布の制御は排出ノズルでは困難であろう。
製品(6)は、製品(4)と比較した場合、より粗い粉末の乾燥ポリマーであっても、垂直ゲルの安定性はいくらか失われるが、わずかに高いゲル濃度で使用されうることを示す。
塗布においては、添加剤は標準的な排出系で使用される３．７９又は１９．０リットル(１又は５ガロン)の容器に提供されうる。排出のための添加剤の濃度は０．１乃至１０％(体積/体積)が好ましいが、２０体積％までの濃度は許容しうる。濃度が２０体積％をかなり超えると、水-添加剤混合物の粘度がしばしば扱いにくくなる。同様に、タンクへの直接混合で使用するためには、添加剤は、好ましくは０．１乃至１０体積％の濃度でバッチ混合されるが、約２０体積％までの濃度は許容しうる。約１．０乃至約３．０体積％の添加剤濃度が消火に関して適する特性を提供し、それより高い濃度は一般的に必要ない。低濃度の使用はまた費用効果を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布するのに使用される典型的な装置の図である。
【図２】本開示の実施態様を示す略図である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本開示は、一般的には火災を防ぐ及び/又は消火する方法に関し、特に火災を防ぐ及び/又は消火するために水を抱えたポリマー粒子を表面に塗布する方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
水は、通常火災を消火するため及びその近隣の構造物への広がりを防ぐために使用される。水は、火災に適用されると、熱除去及び酸素剥脱を含むいくつかの有利な効果を有する。水が火災に隣接する構造物にその広がりを防ぐために向けられると、火災は、その隣接構造物がその燃焼又は発火温度に達しうる前に隣接構造物上(又はその中の構成要素中の)の水を蒸発させるのに十分な熱を提供するに違いない。
火災の近隣の構造物への広がりを防ぐために水を使用することの不利点の一は、構造物に向けられる水の大部分が防火のために構造物に浸み込むことなく、構造物から地面に流れ落ちる傾向があるということである。その結果、かなりの水が無駄になる。別の不利点は、大部分の構造物が限られた量の水しか吸収しないので構造物に浸み込む水が火災に対して限られた防火しか提供せず、限られた量の吸収された水が迅速に蒸発するということである。従って、防火を継続するために連続的に繰り返し水を近隣の構造物に適用するのにかなりの労働力が費やされなければならない。
火災を消火するのに水を使用することの不利点は、前述の流れ落ちる問題のためにかなりの量の水が直接は火災の消防に努めたり消火したりしないということである。火災の消火において水を使用することの別の不利点は、火災に直接吹き付けられた水が火災の上層で蒸発し、適用された水よりかなり少ない水が十分に浸透できて火災の基部を消火するということである。
【０００３】
消防に努めるために水を(単独で)使用することの前述の不利点に対処するために、von Brucherらによる米国特許第5,190,110号には、火災を消火及び/又は防ぐために乾燥した吸収剤ポリマーを含む水性系を使用することが記載されている。ポリマー粒子は２０乃至５００μの粒度を有し、得られる粘度が１００センチポアズ(cP)以下であるように撹拌又はポンプ作用により水中に分散されている。この系は、水に溶解せずに水を吸収する分離したポリマー粒子を含む。従って、粒子は水中に連行され、それらは火災に直接適用されうる。乾燥した固体顆粒状粒子は、典型的には水源と予め混合される。あるいは、乾燥した固体顆粒状粒子は、ノズルの前で直接添加されてもよい。この代替方法は粒子が膨潤するのに十分な時間がないので、粒子が表面に付着しうるほど十分には粘度が増大しない。
von Brucherらによる米国特許第4,978,460号にも、火災を消火及び/又は防ぐために乾燥した吸収剤ポリマーを含む水性系を使用することが記載されている。米国特許第4,978,460号の乾燥した固体ポリマー粒子は、粒子の凝集を防ぐために水溶性剥離剤で包まれている。カプセルに封入された固体の顆粒状粒子が膨潤する(すなわち、水の吸収により膨張する)時間は１０秒乃至数分である。典型的なホースの長さで消防に努める場合には、１０秒は水が消火ホースに連行される現実より長い。従って、標準的な消火装置でそのような封入されたポリマー粒子を使用する場合には、粒子が膨潤するのに十分な時間がなく、粘度は粒子が表面に付着しうるほど十分には増大しない。
【０００４】
Zweigleによる米国特許第3,758,641号にも、消火の用途に水を高度に吸収する乾燥した固体の顆粒状ポリマー粒子を使用することが記載されている。開示された粒子の使用は、特別な追加の消火装置を用いると最良になされる。
前述の最新式の消火用の水吸収剤ポリマー粒子は、それが乾燥した固体の顆粒であるために、多くの消火用途においてそのようなポリマーを使用することは、不可能でなくても困難である。例えば、そのようなポリマーを標準的な装置で標準的な消火ホースに排出することは、そのようなポリマーの特別な性質のためにほとんど不可能である。更に、ポリマーの乾燥した固体の性質が粒子の凝集、及びその後の消火ホースからの水流の閉塞を促進する。従って、場合によっては、消火の用途において乾燥した固体の顆粒状粒子を使用するためには、“そのような物質の取り扱いに適合するポンプ及び噴霧ノズル”のような特別な装置を提供することが必要である(例えば、Zweigleによる米国特許第3,758,641号を参照されたい。)。
更に、小川や川のような天然の水が水源として使用される場合には、ポリマーを水源にバッチ添加することによりそれを予め混合することは不可能である。例えば、ポリマー添加剤を流水や川に注ぐと、ポリマー添加剤の大部分は、火災の対処に使用するための水の吸引点を単に流れ過ぎるであろう。
【０００５】
本開示は、火災を防ぐ及び/又は消火するために使用するための、乾燥した粉末状の架橋した水膨潤性ポリマーを含む植物油分散液を提供する。有利なことには、分散液は給水と容易に混合される。更に、分散液は水と混合されて、混合物が機能的な厚さで垂直及び水平表面に容易に付着するのに十分に高い粘度を有する水-添加剤混合物を提供しうる。更に、分散液に含まれるポリマーは(水を吸収するのに)非常に短い膨潤時間を有し、標準的な消火装置の使用により消火ホースに容易に排出されうる。更に、本開示の分散液は植物油を含むので、消火のための添加剤としてのその使用は鉱油乳濁液を基剤とするポリマーと比較して環境上好都合である。
本開示の一実施態様においては、火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布する方法には、植物油分散液の形の架橋ポリマー粒子を提供すること、得られる水-添加剤混合物の粘度を約１００cPより高粘度に増大させるのに十分な量の水-吸収剤としての分散液を水に添加すること、及び水の吸収後には添加剤が水の総量の約５０質量％(wt.%)以上を保持する添加剤/水混合物を、火災を防ぐ及び/又は消火するために表面に向けることが含まれる。
本開示の別の実施態様においては、火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布する方法には、水-添加剤混合物を形成するために植物油及び乾燥した粉末状の架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液を水に添加すること、及び膨潤後にはポリマーが水-添加剤混合物中に約５０質量％以上の水を保持する添加剤-水混合物を、火災を防ぐ及び/又は消火するために表面に向けることが含まれる。
【０００６】
開示された方法は、火災を防ぐ及び/又は消火するために水添加剤を用いる。添加剤は、植物油及び架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液である。分散液は、粉末状の乾燥した水膨潤性ポリマーを、必要又は所望であれば、任意に適する１種以上の界面活性剤及び１種以上の安定剤とともに植物油に分散させることにより製造される。好ましい実施態様においては、分散液は、植物油中の乾燥した架橋ポリマー、及び１種以上の乳化剤及び１種以上の懸濁剤を含む。
好ましくは、分散液は、１種以上の親水性モノマーの乾燥した架橋ポリマーを植物油中に分散させたものである。典型的には、ポリマーはアクリルアミド及びアクリル酸誘導体 (例えば、アクリル酸塩)のコポリマーである。好ましくは、ポリマーは、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)塩のターポリマーである。重合により得られるポリマー粒子は、一般的には約７４μ未満の粒度に粉末化され、通常粒子の７０％が３７μ未満の粒度である。しかしながら、約１０乃至約２００μの粒度のポリマー粒子が使用されうる。
分散液の調製には、実質的にはいずれの水不溶性の植物油も使用しうる。好ましくは、植物油は菜種油(又はその精製された形であるカノーラ油)である。
ゲルは、典型的には、分散液を消火水に添加した後に形成される。油及び分散した架橋水膨潤性ポリマー粒子の粒度の選択は、分散液を消火水に添加した後に形成されるゲルの所望の軟度/剛性により決定される。固定化したゲルの形成は、一般的には約３秒以下で起こる。従って、粒子は、好ましくは約３秒未満の膨潤時間を有する。ゲルは、典型的には約１００cP以上、好ましくは約５００cP以上、約５０，０００cP以下の粘度を有する。“固定化した”ゲルの形成は、ゲルが接触時に垂直表面に付着することを意味する。
【０００７】
親水性-親油性バランス(HLB)の低い界面活性剤は、植物油中の乾燥したポリマー粒子の分散性を助けるために使用されうる。HLBの高い界面活性剤は、特定の消火要件のためにゲルの流動性を調節するために分散液に添加されうる。特に適する低HLB界面活性剤はソルビタンモノオレエートである。ソルビタンモノオレエートは食品において乳化剤として使用される。
好ましくは、添加剤は、水の吸収後に添加剤が水の総量の約５０質量％以上を保持するような十分な量が存在する。
ヒュームドシリカのような懸濁剤は、分散液に安定性及び流動性を提供するために使用されうる。これは、標準的な消火装置で容易に排出されうるように、水に導入される分散液を液体の形で供給することを可能にする。ヒュームドシリカの使用は、分散液に安定性を提供するばかりでなく、水-添加剤混合物(ゲル)の安定性を驚くほど増大させ、より低い添加剤濃度でも固定化したゲルを形成しうる。ヒュームドシリカもまた直接食品添加剤として認可されている。
植物油(例えば、カノーラ油)、ソルビタンモノオレエート、及びヒュームドシリカを含む、実質的にそれらからなる、又はそれらからなるポリマー分散液は、これらの配合成分が食品であるか又は直接食品添加剤として認可されているので、健康、安全、環境及び取り扱い面で特に望ましい。
【０００８】
添加剤は、典型的には、約０．１乃至約５０体積％(vol.%)、通常約２０体積％以下の濃度で水に添加される。好ましくは、添加剤は、約０．１乃至約１０体積％、更に好ましくは約１乃至約３体積％、又は約１乃至約２体積％の濃度で水に添加される。
添加剤は、その寸法及び質量に対してかなりの量の水を吸収しうる高吸収性ポリマー、及び得られる水-添加剤混合物が比較的高粘度を有する増粘剤の性質を兼ね備える。従って、消火ホースの端部から噴霧される水-添加剤混合物は垂直及び水平の両表面に機能的な厚さで容易に付着する。この付着は、水-添加剤混合物が、それが比較的長時間付着する構造物の損傷を火災から防ぎ、それにより構造物を再び塗布するのに必要な労働力を最小化する。従って、火災付近の構造物を塗布するのにこの水-添加剤混合物を使用することは、構造物に保護膜を提供する。このようにして、構造物に付着する添加剤の水を抱えたポリマー粒子中に存在するかなりの量の水の効果に打ち勝たなければならないので、火災は容易には広がらないであろう。更に、添加剤により吸収された水の量は純水により提供されたそれより迅速には蒸発しないので、添加剤の使用は火災を防ぐ及び/又は消火するためにより多量の水を提供する。その上、添加剤の消火上の利点は、噴霧(例えば、水-添加剤混合物で構造物の表面を覆った後)により再び満たされうるということである。噴霧は、典型的には、ポリマーにより保持された水の一部が蒸発するときに実施される。
この添加剤の消火水への添加方法は、好ましくは排出、ポンプ輸送、又は水源へのバッチ添加による。添加剤の種類及び性質が標準的な消火装置による排出を可能にする。
【０００９】
図１に示されるように、添加剤は、水性皮膜形成泡(AFFF)のような消火泡を排出するのに一般に使用されているようないずれかの適する方法で消火ホース(10)に排出されうる。垂下ホース(12)が添加剤のバケット(14)に取り付けられている。消火ホース(10)を通過する水流は排出ノズル(16)において負の圧力を生ずるので、バケット(14)から消火ホース(10)を通過する水流に添加剤を引き込む。排出ノズル(16)は、添加剤の流れを制御しうる内部バルブを有する。この添加剤は現在の標準的な消火装置で使用でき、新規装置の購入を必要としない。添加剤は流動性を有する分散液であるため、排出又は混合させるために運搬又は剥離剤を添加する必要がない。
あるいは、添加剤は、消防自動車(20)の水タンク(18)にバッチ添加してもよい。前と同様に、添加剤は流動性の分散液であるため、現在使用されている固体添加剤の場合に必要であるような、凝集を回避するための広範囲の撹拌又は分離運搬又は剥離剤の添加の必要がない。本開示の添加剤のバッチ添加においては、典型的にはごくわずかな混合しか必要としない。
添加剤を、例えば、消火ホースへの排出又は水タンクへのバッチ添加によりかなりの量の消火水に導入する場合には、分散液が消火水と混合して、分散液内のポリマー粒子が多量の水に暴露され、迅速に有意量の水を吸収する。
植物油分散液内の膨潤した粒子は均質な高粘度の流体を形成する。分散液の性質のために、得られる水-添加剤混合物は短い(好ましくは約３秒以下)膨潤又は吸収時間及び比較的高粘度を有するので、混合物が容易に垂直及び水平の両表面に付着しうる。更に、水-添加剤混合物は、添加剤が標準的な消火装置により容易に排出されうるのに十分な流動性を有する。
【００１０】
水-添加剤混合物を垂直又は水平表面に噴霧すると、混合物が表面に付着して、それにより火災を消火及び/又は火災の近くにある構造物の長時間にわたる防火を提供する。図２に示されるように、混合物を表面(22)に噴霧すると、水を抱えたポリマー粒子(24)が相互に積み重なる。これは、AFFF及びその他の泡が使用される場合と同様であるが、ポリマー粒子(24)は水を抱えていて、従来の泡には空気が満たされている。この水は、添加剤の熱保護量を劇的に増大させる。
火災が表面(22)に近づくと、火災に最も近接した外側の水を抱えたポリマー粒子(24)が、水の蒸発点に達するまで熱を吸収する。従って、より壁に近い水を抱えたポリマー粒子(24)は、外側の水を抱えたポリマー粒子(24)が蒸発するまで保護される。次いで、次の層の水を抱えたポリマー粒子(24)が水の蒸発点に達するまで熱を吸収し、それにより残存する内側の層の水を抱えたポリマー粒子(24)を保護する。この過程は、最も内側の層の水を抱えたポリマー粒子(24)の水が蒸発するまで継続する。水が空気の泡より有意に高い熱容量を有するので、この過程は、熱を吸収するのに水の代わりに空気を使用する従来の泡を使用するより有意に効果的に熱を吸収する。
追加の利点として、保護された表面に至るまで火災が水を抱えたポリマー粒子の層から水を蒸発させる時まで、火災の進出点より上の表面の塗膜は、塗膜ゲルの粘度に依存して滑り落ちて部分的に再び塗布し、火災の進出した領域を保護する。このことはまた、現在定期的に表面を湿らせることを必要とする労働力及び物質資源を最小化する。明らかに、火災が燃焼し続ければ、ある時点で火災が添加剤から実質的にすべての水を蒸発させるであろう。しかし、火災の進出及び火災による損傷を遅らせることにより、及び火災を直接消火するのに添加剤を用いることにより、消防士は減速した火災をより効果的に消火し、火災による損傷は従来の消火技術及び物質が消火に使用される場合の損傷より有意に低下するであろう。従って、添加剤は消火技術における実質的な飛躍を示す。
【００１１】
前述のように、水が火災に直接噴霧される場合には、水が炎に達しうる前に火災より上の過熱した空気が水を蒸発させるので、水の大半は効果的に火災を消火しない。しかしながら、本開示の添加剤が使用される場合には、水を抱えた添加剤ポリマー粒子が蒸発を遅らせるので、より多くの水が火災に達し、蒸発過程がより減速される。従って、より多くの水が火災に達するばかりでなく、単に水を用いる場合より、又は消火泡のような従来の添加剤を用いる場合よりもより少ない水が使用される。単に水を用いる場合にはまた、火災に直接使用される(及び蒸発しない)水の大部分が流れ落ちるか地面に浸み込んで、初期の使用後に無駄になる。追加の利点として、本開示の水-添加剤混合物は、水を抱えたポリマー粒子が熱を吸収し、粘性である混合物が表面に付着して表面から燃焼に必要な酸素を奪い、燃焼した表面に窒息効果を提供するために、流れ落ちるか地面に浸み込む代わりに、灰又は燃焼している黒焦げになった構造物を塗布して、再発火を防ぐのを助ける。
添加剤のこれらの性質のために、水-添加剤混合物はまた、山又はやぶ火事の消火に努める場合にも人工防火地帯として使用するのに適する。混合物は火災の前方に噴霧することができ、茂みや木々のような構造物を塗布するので、火災が処理された領域に達するときにその進出が停止し、消防士は火災が更に前進することなく炎を消火しうるであろう。このことは、防火地帯のためにブルドーザーを使用したり焼き払いをしたりして領域を一掃するような従来の防火地帯の手段を使用するより有意に損傷を低下させる。
【００１２】
添加剤は、それ自身の質量に対してかなりの量の水を吸収しうる。添加剤粒子が消火水に添加されてその最大容量の水を吸収する(好ましくは３秒以内に)場合には、粒子は消火に使用される水の約９０質量％以上を運びうる。
ポリマーは、好ましくは、植物油分散液中の乾燥した架橋水溶性ポリマーである。ポリマーは、アクリルアミド、アクリル酸誘導体、無水マレイン酸、イタコン酸、2-ヒドロキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-tert-ブチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、2-ジメチルアミノエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸誘導体、及びその他の親水性モノマーのような親水性モノマーのポリマーでもよい。好ましくは、ポリマーは、アクリルアミド及びアクリル酸誘導体のコポリマーであり、更に好ましくは、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)塩のターポリマーである。塩は、一般的にはいずれの１価の塩でもよいが、好ましくはナトリウム又はカリウム塩である。
【００１３】
多くのそのような乾燥ポリマーは市販されており、通常おむつに使用されている。１００cPよりかなり大きい粘度、５００乃至５０，０００cPの粘度さえ容易に得られ、本開示の添加剤に有利に使用される。これは、火災の消火においては１００cPより高い粘度は望ましくなく役に立たないと教示するvon Brucherらによる米国特許第5,190,110号により示されている技術の状態とは対照的である。水-添加剤混合物の粘度は高いほど水-添加剤混合物が垂直表面への良好な付着性を有することができるが、水-添加剤混合物は、添加剤が標準的な消火装置によりうまく排出されうるほどなお十分に流動性である。
水の硬度、換言すれば、ポリマー粒子の膨潤度に影響を及ぼす水中の２価のカチオン量のために、成分は水の硬度の影響を弱めるように導入されうる。この適用において水の硬度の影響を弱めるのに適するモノマーはAMPS又はその誘導体である。乾燥ポリマーに含まれるAMPSの量は特定の使用地域における水の硬度に依存して変化しうる。しかしながら、特に硬水のない地理的地域においては、ポリマーは、硬水の影響を弱める化学物質を含まなくても有効である。
【００１４】
分散液中のポリマーの粒度は、一般的には７４μ未満であり、７０乃至９５％の粒子の寸法は、一般的には約３７μ未満である。ポリマーの粒度は、添加剤が消火水に排出されたときから添加剤/水混合物が保護されるべき表面に固定化されるときまでの時間に粒子がその膨潤を完了させるように、約３秒以下の好ましい膨潤時間を可能にする。従来のポリマー粒子の膨潤時間は最良でも約１０秒の膨潤時間を有する(例えば、von Brucherらによる米国特許第4,978,460号を参照されたい)が、植物油/界面活性剤系の分散液のために、本開示の添加剤における粒子は、好ましくは約３秒以下の膨潤時間を有するであろう。従来のポリマー粒子はしばしば、消火に使用するのに適する十分な水を吸収する前に数分又は数時間の膨潤時間を有する(例えば、Walkerらによる米国特許第3,247,171号を参照されたい)。これらの長い膨潤時間は、かなりの事前準備及び/又は特別な装置なしの排出系における使用には不適切である。
開示された添加剤の短い膨潤時間及び流体状態のために、添加剤は、タンク車又は消火栓のような消火ホース及び水源を有する標準的な排出系において使用するのにすばらしく適する。これは、本開示の方法を実施する特別な装置の必要性を排除する。本開示はまた、添加剤をタンク車のタンクに直接添加することにより使用するのにも適する。このためには、消防タンク車上の標準的な１８９０リットル(５００ガロン)のタンクを処理するのに３７．９乃至５６．８リットル、すなわち５９．０kg未満(１０乃至１５ガロン、すなわち１３０ポンド未満)の添加剤しか必要としない。水１リットルあたり２００gの添加剤が必要である(典型的な１８９０リットル(５００ガロン)のタンクに３７８kg(約８３５ポンド)の添加剤が必要であることに相当)von Brucherらによる米国特許第4,978,460号に示されるように、このことは、業界の状態を有意に改良する。
消火及び防火の性質を評価するために、添加剤についていくつかの試験を実施した。
【００１５】
（実施例１）
厚さ６．３５mm(１/４インチ)の１．２m(４フィート)×１．２m(４フィート)の合板に、排出装置を用い、以下の表中の製品4を２．５体積％の水-添加剤混合物溶液で約６．３５mm(１/４インチ)の厚さに塗布した。この塗布後に、合板をプロパンガスバーナーによる直火に暴露させた。処理された合板の全焼時間を測定し、処理されていない合板の同一シートの全焼時間と比較した。処理された合板の全焼時間は９分１２秒であった。処理されていない合板の全焼時間は２分４０秒であった。
【００１６】
（実施例２〜７）
添加剤の消火水流への排出は、添加剤の正確な濃度を保証しないし、正確なゲル塗膜の厚さを認めない。添加剤濃度、ゲルの厚さ及び垂直表面の安定性の正確な難燃性を比較するために、これらの変数を制御する実験を実施した。一連の添加剤の正確な濃度は、排出装置の前処理をシミュレートする低速度のブレンダーで調製した。厚さ６．３５mm(１/４インチ)のポプラの板材に(引き延ばし技術を用いて)正確な厚さの塗膜を塗布した。更に、正確なプロパン火炎熱及び衝突距離を使用した。すべての場合に、添加剤/水混合物からブレンダー中で調製され、試験に使用されたゲルは、３秒未満で固定化された。次いでゲルをポプラの板材上で表１に示される厚さに拡げ、前述のように試験した。
【００１７】
【表１】
【００１８】
表中のデータは、開示された乾燥ポリマーを含む製品から製造される消火ゲルの驚くべき性能を示す。低HLB乳化剤及びヒュームドシリカを含むカノーラ油中の微粉末乾燥ポリマーである製品(4)は、同一の配合であるがヒュームドシリカを含まない製品(3)より優れた防火性を提供する。分散液に安定性を提供する上に、ヒュームドシリカの存在は、分散液が消火水に添加されるときに形成されるゲルを驚くほど安定化させ、ゲル塗膜が垂直表面に付着するのに必要な濃度を有意に低下させる。このことは、垂直に安定なゲルを提供するのにより低濃度の分散液が必要とされるばかりでなく、火災を消火するのに有効なゲル中の水が所与のゲルの厚さに関して増大することも意味する。
比較のために、市販の鉱油を基剤とする乳濁液製品(製品(2))について試験した。製品(2)は、防火性において本開示の製品(4)より劣っている。更に、製品(2)の鉱油を基剤とする配合物の粘度は、濃度を低下させるためのヒュームドシリカの添加により(製品(2A)において)有意に改良されない。本開示の分散液において植物油(実際には天然産の脂肪酸エステルである)キャリヤーを用いヒュームドシリカにより付与されたゲルの安定性の増大は有意な予期せぬ利点である。
米国特許第6,245,252 B1号(第７欄第１９行目)に記載されているように、逆相重合により製造される乳濁液ポリマーは迅速に乳濁液を“反転させる”ためによりHLBの高い乳濁液を必要とする。反転乳化剤は、油-連続相を希釈水に乳化させ、膨潤しうるようにポリマー粒子を水に暴露させる。植物油、すなわち脂肪酸エステルを使用する本開示においては、非常に安定なゲルを迅速に製造するために、しばしば湿潤剤とも呼ばれる反転界面活性剤を必要としない。
【００１９】
別の驚くべき結果は、製品(5)における湿潤剤(高HLB界面活性剤)の添加が測定できるほどゲルの形成時間を低下させない(試験された製品はすべて約３秒未満でゲルを形成した)ということである。更に、高HLB界面活性剤の添加は、高HLB界面活性剤を含まない製品である製品(4)の場合に可能な程度まで濃度を低下させることができない程度までゲルの粘度を低下させるが、なお安定な垂直塗膜を保持する。低HLB界面活性剤及びヒュームドシリカを含む植物油中の乾燥粉末ポリマーを水と結合させると、非常に有効な消火製品である平滑で均質なゲルを製造する。低HLB界面活性剤なし(製品(7))では、２体積％の濃度で垂直に安定なゲルが製造されるが、塗膜は均質ではなく、約２．５体積％を超える濃度ではもろくなる。塗布の制御は排出ノズルでは困難であろう。
製品(6)は、製品(4)と比較した場合、より粗い粉末の乾燥ポリマーであっても、垂直ゲルの安定性はいくらか失われるが、わずかに高いゲル濃度で使用されうることを示す。
塗布においては、添加剤は標準的な排出系で使用される３．７９又は１９．０リットル(１又は５ガロン)の容器に提供されうる。排出のための添加剤の濃度は０．１乃至１０％(体積/体積)が好ましいが、２０体積％までの濃度は許容しうる。濃度が２０体積％をかなり超えると、水-添加剤混合物の粘度がしばしば扱いにくくなる。同様に、タンクへの直接混合で使用するためには、添加剤は、好ましくは０．１乃至１０体積％の濃度でバッチ混合されるが、約２０体積％までの濃度は許容しうる。約１．０乃至約３．０体積％の添加剤濃度が消火に関して適する特性を提供し、それより高い濃度は一般的に必要ない。低濃度の使用はまた費用効果を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】火災を防ぐ及び/又は消火するためにポリマー粒子を表面に塗布するのに使用される典型的な装置の図である。
【図２】本開示の実施態様を示す略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火災を防ぐ及び/又は消火するために含水ポリマー粒子を表面に塗布する方法であって、
(a)植物油及び乾燥した粉砕された架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液を水に添加して含水ポリマー粒子を含む水-添加剤混合物を形成する工程であって、前記ポリマーが膨潤後に前記水-添加剤混合物中に約５０質量％を超える水を保持する工程、そして
(b)火災を防ぐ及び/又は消火するために前記水-添加剤混合物を表面に向ける工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記分散液が、界面活性剤及び安定剤からなる群から選択される１種以上の添加剤を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記水-添加剤混合物の粘度を約１００センチポアズ(cP)より高粘度に増大させるのに十分な量の前記分散液が添加される請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記植物油が、菜種油及びカノーラ油からなる群から選択される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ポリマーの粒度が、約１０乃至約２００μである請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記界面活性剤の正味の親水性-新油性バランス(HLB)値が、約８未満である請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記水-添加剤混合物の流動特性を調節するために前記分散液に正味のHLB値が約８を超える界面活性剤を添加することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記安定剤が、ヒュームドシリカである請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記分散液の添加が、標準的な消火排出装置で分散液を水に排出することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記分散液の添加が、前記分散液の水へのバッチ添加を含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記ポリマーの膨潤時間が、約３秒未満である請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記水-添加剤混合物の粘度を約５００乃至約５０，０００cPに増大させるのに十分な量の前記分散液が添加される請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマーが、親水性モノマーから形成される請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記親水性モノマーが、アクリルアミド及びアクリル酸誘導体からなる群から選択される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記アクリル酸誘導体が、アクリル酸塩である請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ポリマーが、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸塩のターポリマーである請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約０．０１乃至約５０体積％(vol.%)である請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約０．１乃至約１０体積％である請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約１乃至約２体積％である請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記水-添加剤混合物を表面に向けたあと、前記水-添加剤混合物を噴霧することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリマーにより保持された水の一部が蒸発するときに前記噴霧を実施することを含む請求項２０記載の方法。
【請求項１】
火災を防ぐ及び/又は消火するために含水ポリマー粒子を表面に塗布する方法であって、
(a)植物油及び乾燥した粉砕された架橋した水膨潤性ポリマーを含む分散液を水に添加して含水ポリマー粒子を含む水-添加剤混合物を形成する工程であって、前記ポリマーが膨潤後に前記水-添加剤混合物中に約５０質量％を超える水を保持する工程、そして
(b)火災を防ぐ及び/又は消火するために前記水-添加剤混合物を表面に向ける工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記分散液が、界面活性剤及び安定剤からなる群から選択される１種以上の添加剤を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記水-添加剤混合物の粘度を約１００センチポアズ(cP)より高粘度に増大させるのに十分な量の前記分散液が添加される請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記植物油が、菜種油及びカノーラ油からなる群から選択される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ポリマーの粒度が、約１０乃至約２００μである請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記界面活性剤の正味の親水性-新油性バランス(HLB)値が、約８未満である請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記水-添加剤混合物の流動特性を調節するために前記分散液に正味のHLB値が約８を超える界面活性剤を添加することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記安定剤が、ヒュームドシリカである請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記分散液の添加が、標準的な消火排出装置で分散液を水に排出することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記分散液の添加が、前記分散液の水へのバッチ添加を含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記ポリマーの膨潤時間が、約３秒未満である請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記水-添加剤混合物の粘度を約５００乃至約５０，０００cPに増大させるのに十分な量の前記分散液が添加される請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマーが、親水性モノマーから形成される請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記親水性モノマーが、アクリルアミド及びアクリル酸誘導体からなる群から選択される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記アクリル酸誘導体が、アクリル酸塩である請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ポリマーが、アクリル酸塩、アクリルアミド、及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸塩のターポリマーである請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約０．０１乃至約５０体積％(vol.%)である請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約０．１乃至約１０体積％である請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記水-添加剤混合物の分散液濃度が、約１乃至約２体積％である請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記水-添加剤混合物を表面に向けたあと、前記水-添加剤混合物を噴霧することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリマーにより保持された水の一部が蒸発するときに前記噴霧を実施することを含む請求項２０記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００８−５１８７３５（Ｐ２００８−５１８７３５Ａ）
【公表日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４０２９３（Ｐ２００７−５４０２９３）
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３７１７９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５２２４５
【国際公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（５０７１４５４７７）バリケイド インターナショナル インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３７１７９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５２２４５
【国際公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（５０７１４５４７７）バリケイド インターナショナル インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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