КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА
SURFACTANT BASED COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции на основе поверхностно-активного вещества.
Уровень техники
Мыла, изготовляемые из природных материалов, представляют собой твердые вещества, предназначенные для применений, связанных с мойкой, таких как мойка посуды, уход за кожей лица или стирка, которые являются основным назначением мыл. В последние годы применение жидких моющих средств (или жидких детергентов) становится широко распространенным, и типичные жидкие моющие средства представляют собой средства, содержащие такой компонент, как, например, LAS (линейный алкилбензолсульфонат), AOS (α-олефинсульфонат) или т.п.
Много говорилось о нагрузке на окружающую среду упомянутых выше синтетических поверхностно-активных веществ, она обсуждалась с различных точек зрения, и в последнее время были разработаны синтетические поверхностно-активные вещества с прекрасной способностью к биоразложению. Для практического применения используются имеющиеся в продаже синтетические шампуни или т.п., которые безопасны для организма человека и для живых организмов, однако, совсем необязательно, что они не оказывают воздействия на окружающую среду.
С другой стороны, многие постройки в Японии сделаны из дерева, даже в огнестойких зданиях или т.п. основные конструкции зданий обычно выполнены из горючих материалов, таких как бумага, пиломатериалы, смола или волокно. Кроме того, часто вспыхивают крупномасштабные пожары, такие как горение покрышек и лесные пожары. В связи с такими пожарами (обычно именуемыми как «пожар класса А» или «обычный пожар») существует возрастающая потребность в композиции для тушения пожара по типу добавки к воде, которая гарантирует быстрое тушение пожара с применением меньших количеств нагнетаемой и распыляемой на пламя воды и меньшего потребления химических агентов.
Примеры широко применяемых традиционных химических средств для тушения пожара на основе воды включают в себя ряды обогащенных растворов, таких как водный раствор карбоната калия или гидрокарбоната калия; и ряды неорганических фосфатных соединений, таких как фосфат аммония.
С другой стороны, в отношении средств для тушения пожара на основе воды традиционно предпринимаются попытки улучшения эффективности тушения пожара, эффективности предупреждения повторного возгорания (повторного воспламенения) и эффективности предупреждения распространения пожара путем добавления поверхностно-активного вещества для уменьшения поверхностного натяжения средств, для увеличения их проникающей способности в пиломатериалы или т.п., или пенообразования средств для тушения пожара для увеличения их адгезивных свойств. В качестве огнетушителей, широко применяемых против обычных пожаров, известны, например, протеиновые пенные огнетушители, пенные огнетушители на основе синтетических поверхностно-активных веществ, водные пленкообразующие пенные огнетушители или комбинации указанных пенных огнетушителей и фторсодержащих поверхностно-активных веществ.
Среди указанных средств в Японии наиболее часто применяются средства для тушения пожара на основе поверхностно-активных веществ, содержащие в качестве компонентов синтетические детергенты (в дальнейшем именуемые как средства для тушения пожара на основе синтетических поверхностно-активных веществ).
Каждое из указанных средств относится к эффективным средствам для тушения пожара и обеспечивает тушение пожара намного быстрее и с меньшим потреблением воды по сравнению с тушением пожара с применением только воды.
В такой ситуации, как лесной пожар, при которой средство для тушения пожара подвергается широкому рассеянию в природной окружающей среде, вода как таковая, которая встречается в природе, не будет разлагаться с образованием каких-либо токсичных веществ или ее остатки не будут воздействовать на близлежащую окружающую среду. С другой стороны, в случае описанных выше детергентов иногда существует вероятность, что средства для тушения пожара, содержащие химические синтетические вещества, могут разлагаться с образованием токсичных компонентов, или неразложившиеся остатки средств для тушения пожара могут оставаться в течение длительного периода времени и воздействовать на живые организмы в реках или морях в соответствии с их компонентами.
Кроме того, с целью улучшения практического применения в качестве средства для тушения пожара можно добавлять незамерзающие компоненты, такие как этиленгликоль, для предотвращения коагуляции в областях с холодным климатом (например, см. патентную заявку JP-A-11-188117 («JP-A» означает нерассмотренную опубликованную японскую патентную заявку)), но такие компоненты представляют собой вещества, разлив которых в окружающей среде обычно должен сопровождаться более значительными мерами предосторожности, чем в случае компонентов, входящих в состав синтетических поверхностно-активных веществ.
Однако, принимая во внимание последствия воздействия на окружающую среду продолжающихся в течение длительного периода времени пожаров, а именно образование большого объема токсичных газов, выделяющихся при горении, или разлив загрязненной воды, или прямое воздействие на организмы вследствие их уничтожения лесными пожарами, не вызывает сомнения, что во многих случаях, хотя и добавляются средства для тушения пожара, по сравнению с упомянутыми выше воздействиями значительно более востребованы эффекты, в результате которых тушение пожара достигается за более короткий период времени. Следовательно, способы тушения пожара с применением средств для тушения пожара будут все еще по-прежнему необходимы.
Как описано выше, в будущем для композиции, например, для композиции на основе поверхностно-активных веществ, которая применяется в моющем средстве или средстве для тушения пожара и состоит из компонента(ов), который оказывает меньшую нагрузку на окружающую среду, все в большей степени следует выбирать на 100% биоразлагаемые компоненты, такие как мыло, так как они менее склонны к воздействию на организм человека или окружающую природную среду.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно объектом настоящего изобретения является получение композиции на основе поверхностно-активных веществ, которая не содержит синтетического поверхностно-активного компонента и которая оказывает меньшую нагрузку на организм человека, живые организмы и окружающую среду; и, в частности, получение композиции на основе поверхностно-активного вещества, которая применима в моющем средстве, оставляющем меньшее количество мыльного остатка, или в средстве для тушения пожара, обладающем высокими эксплуатационными характеристиками при тушении пожара. Другим объектом настоящего изобретения является получение композиции на основе поверхностно-активного вещества, применимой в моющем средстве, которое достаточно добавлять к воде в меньшем количестве и с меньшим расходом после применения; или применимой в средстве для тушения пожара по типу добавки к воде, которое обладает высокой эффективностью для тушения пожара и предупреждения повторного возгорания, оставляет меньшее количество белого мыльного остатка после тушения и обладает прекрасной дружественностью по отношению к окружающей среде.
В результате интенсивного исследования авторы настоящего изобретения достигли указанных выше целей с помощью упомянутого ниже средства, в котором композиция состоит из соли(ей) растительной жирной кислоты и/или биоразлагаемого компонента(ов).
Согласно настоящему изобретению получено следующее средство:
(1) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде, содержащая:
одну, две или более натриевых солей и/или калиевых солей жирных кислот в качестве поверхностно-активного компонента; и
бис
одно, два или более соединений, выбранных из тетранатриевой соли N,N--(карбоксиметил)-L-глутаминовой кислоты (тетранатриевой соли L-глутаматдиуксусной кислоты), тетранатриевой соли L-аспартат-(N,N)-диуксусной кислоты, динатриевой соли N-2-гидроксиэтилиминодиуксусной кислоты, тринатриевой соли (S,S)-этилендиаминянтарной кислоты, тринатриевой соли метилглициндиуксусной кислоты, этилендиаминтетрауксусной кислоты, нитрилотриуксусной кислоты, диэтилентриаминпентауксусной кислоты, гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусной кислоты, триэтилентетраамингексауксусной кислоты, 1,3-пропандиаминтетрауксусной кислоты, 1,3-диамино-2-гидроксипропантетрауксусной кислоты, дигидроксиэтилглицина, гликоля простого эфира и диаминтетрауксусной кислоты, гидроксиэтандифосфоновой кислоты, аминотриметиленфосфоновой кислоты, 1,2,4-бутантрикарбоновой кислоты, дигидроксиэтилэтилендиаминдиуксусной кислоты, глюконата натрия, глюкогептоната натрия, инозитгексафосфата, гидроксиэтановой кислоты, 2-гидроксипропановой кислоты, 2-гидроксиянтарной кислоты, 2,3-дигидроксибутандионовой кислоты и 2-гидрокси-1,2,3-пропантрикарбоновой кислоты в качестве хелатообразующего компонента;
(2) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по упомянутому выше пункту (1), которая содержит от 8 до 50 мас.% поверхностно-активного компонента и от 1 до 50 мас.% хелатообразующего компонента, а остальное представляет собой воду или смешанный растворитель из воды и одного, двух или более спиртов и сложных эфиров;
(3) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по указанному выше пункту (2), где смешанный растворитель содержит от 15 до 50 мас.% пропиленгликоля на общее количество композиции;
(4) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по указанному выше пункту (3), где смешанный растворитель содержит от 1 до 15 мас.% одного, двух или более соединений, выбранных из изопропилового спирта, нормального пропанола, нормального бутанола, октанола, 1,3-бутиленгликоля, гексиленгликоля, сорбита (D-глюцитола), этиллактата, метилгликолята, триэтилцитрата, этилпирувата, лактата натрия и глицерина на общее количество композиции и от 15 до 50 мас.% пропиленгликоля на общее количество композиции;
(5) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по любому из упомянутых выше пунктов (1)-(4), где натриевая соль и/или калиевая соль жирной кислоты представляет собой натриевую соль и/или калиевую соль лауриновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты, олеиновой кислоты или линолевой кислоты;
(6) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по упомянутому выше пункту (5), где натриевая соль или калиевая соль жирной кислоты содержит от 4 до 15 мас.% олеата натрия или олеата калия и от 1 до 7 мас.% одного, двух или более соединений, выбранных из лаурата калия, миристата калия, пальмитата калия и стеарата калия, и общее их содержание составляет от 8 до 20 мас.%;
(7) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по любому из упомянутых выше пунктов (1)-(6), где композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде в качестве компонента, подавляющего гелеобразование, содержит одно, два или более соединений, выбранных из салицилата натрия, 3-гидроксибензоата натрия, 4-гидроксибензоата натрия и катехина;
(8) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по любому из упомянутых выше пунктов (1)-(7), где композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде в качестве компонента, регулирующего pH, содержит одну, две или более кислот, выбранных из глюконовой кислоты, фитиновой кислоты, винной кислоты, яблочной кислоты и молочной кислоты;
(9) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по любому из упомянутых выше пунктов (1)-(8), где композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде представляет собой моющее средство по типу добавки к воде; и
(10) Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по любому из упомянутых выше пунктов (1)-(8), в которой композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде представляет собой средство для тушения пожара по типу добавки к воде.
В настоящей заявке моющее средство означает моющее средство, предназначенное для мойки посуды или т.п., а средство для тушения пожара по типу добавки к воде означает химическое средство для тушения пожара, предназначенное для улучшения противопожарных эксплуатационных характеристик при тушении пожара, путем добавления к воде и смешивания с водой, нагнетаемой в соответствующем количестве, и для достижения эффективного тушения с меньшими количествами нагнетаемой и распыляемой воды.
Содержащаяся в композиции по настоящему изобретению соль(и) растительной жирной кислоты, такая как олеат натрия, лаурат калия или миристат калия, представляет собой экологически безвредный компонент(ы), который, когда применяется в моющем средстве или средстве для тушения пожара в низких концентрациях (от 2 до 3 мас.% от количества нагнетаемой и распыляемой воды), легко разлагается в природной окружающей среде и возвращается в природу. Хелатообразующие средства, такие как GLDA·4Na или ASDA, могут быть биоразлагаемыми, и при добавлении любого из них способны связывать металлосодержащие компоненты в воде для подавления образования мыльного остатка. Кроме того, вода, смешанная с растворителем, таким как пропиленгликоль (PG) или изопропиловый спирт (IPA), служит в качестве средства для тушения пожара, которое обладает низкой температурой застывания, и пригодна к эксплуатации в областях с холодным климатом. В частности, когда в качестве растворителя добавляется н-бутанол или октанол, можно достигать подавления гелеобразования и повышения температуры возгорания.
Кроме того, при добавлении к полученной смеси салицилата натрия или т.п. в качестве компонента, подавляющего гелеобразование, и глюконовой кислоты или т.п. в качестве компонента, регулирующего pH, полученная композиция становится композицией, легкой в обращении. Из вышесказанного следует, что можно получать моющее средство или средство для тушения пожара, которое оказывает меньшую нагрузку на окружающую среду и которое обладает гораздо более высокими эксплуатационными характеристиками при тушении пожара или обладает, соответственно, намного лучшей моющей способностью по сравнению с чистой водой. Другие преимущества заключаются в том, что с композицией происходит надлежащее удаление пены (например, композиция имеет подходящую скорость ополаскивания) и что композиция устраняет необходимость промывки водой после очистки или устраняет необходимость очищения от пены после завершения работ по тушению пожара, что делает более легким выяснение причины пожара или решение других задач по локализации пожара.
Другие и дополнительные признаки и преимущества изобретения станут более очевидными из следующего описания.
НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.
Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по настоящему изобретению представляет собой композицию, в которой поверхностно-активное вещество и другой компонент(ы) добавляются к воде и смешиваются с водой. Когда композиция применяется в качестве моющего средства, ее обычно применяют после разбавления водой или теплой водой предпочтительно до концентрации от 0,1 мас.% до 1,0 мас.%. Когда композиция применяется в качестве средства для тушения пожара, она достигает подходящих эксплуатационных характеристик при тушении пожара и обеспечивает высокий уровень безопасности во время и после ее применения, если применяется при смешивании в концентрации приблизительно от 1 мас.% до 3 мас.% относительно количества нагнетаемой и распыляемой воды.
В поверхностно-активной системе по настоящему изобретению не применяется синтетическое поверхностно-активное вещество, но в качестве поверхностно-активного компонента применяется соль жирной кислоты, которая представляет собой природное поверхностно-активное вещество. Соль жирной кислоты представляет собой натриевую соль или калиевую соль растительной жирной кислоты, такую как лауриновая кислота, миристиновая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, олеиновая кислота или линолевая кислота.
Каждую из указанных солей жирных кислот можно применять одинаковым образом. Типичные их примеры подробно описаны ниже.
Олеат натрия
3
2
7
2
7
(A)  [CH(CH)CH=CH(CH)COONa]
В эксперименте по сравнению натриевого мыла и калиевого мыла, содержащих жирную кислоту в одинаковой пропорции, было показано, что натриевое мыло имеет более мощный осмотический потенциал, чем калиевая соль, хотя обычно натриевые мыла не удается превратить в жидкие мыла, хотя можно превращать в гель или отверждать. Однако авторами установлено, что натриевое мыло ненасыщенной жирной кислоты, такой как олеиновая кислота или линолевая кислота, становится жидким. Из них предпочтительным является применение олеата натрия, поскольку олеат натрия обладает хорошей стабильностью и имеет после соли лауриновой кислоты второе, самое низкое поверхностное натяжение. Низкое поверхностное натяжение увеличивает проникающую способность воды в загрязненные материалы, тем самым проявляя присущую ей моющую способность, увеличивая во время пожара проникающую способность влаги в горючие материалы, что эффективно для тушения на ранней стадии и для предупреждения повторного возгорания.
Лаурат калия
3
2
10
(B)  [CH(CH)COOK]
Лаурат калия обладает высокой пенообразующей способностью и образует большое количество подходящих крупноячеистых пен. Во время пожара пены прилипают к поверхности горючих материалов, обеспечивая удушающий эффект, обуславливающий предотвращение поступления кислорода, что позволяет тушить пожар на ранней стадии. Лаурат калия обладает высокой смачивающей способностью, обусловленной его короткой алкильной группой. Так как лаурат натрия склонен к отвердеванию, калиевая соль является более предпочтительной.
Миристат калия
3
2
12
(C)  [CH(CH)COOK]
Так как чистый лаурат калия дает крупноячеистые пены, которые являются недостаточно стойкими, для стабилизации пен предпочтительно добавлять миристат калия. Однако слишком высокостойкие пены имеют недостаток, который заключается в плохом удалении пены, что делает ее не так легко смываемой после очистки или выяснения причины пожара после тушения. Кроме того, предпочтительным является водный раствор с pH от 9 до 10, поскольку он дает хорошие и стабильные пены.
Пальмитат калия
3
2
14
(D)  [CH(CH)COOK]
Пальмитат калия обладает более низкой пенообразующей способностью, чем миристат калия, но является предпочтительным, поскольку дает стабильные и небольшие пены.
Указанные соли жирных кислот можно применять поодиночке или в комбинации двух или нескольких из них. Их содержание предпочтительно составляет от 8 до 50 мас.% и особенно предпочтительно от 12 до 20 мас.% на композицию в целом. Если содержание слишком низкое, моющая способность и эксплуатационные характеристики при тушении пожара являются неудовлетворительными, а если содержание повышенное, появляется тенденция к гелеобразованию.
Когда любая из упомянутых выше солей применяется(ются) в комбинации, она предпочтительно содержит от 4 до 15 мас.% олеата натрия или олеата калия (мас.% на общее количество композиции, то же самое применяется в дальнейшем) и добавляют от 1 до 7 мас.% любой другой соли - одной, двух или более, выбранных из лаурата калия, миристата калия, пальмитата калия и стеарата калия, и их общее содержание составляет от 8 до 20 мас.%. Объединение солей дополнительно улучшает проникающую способность влаги в прилипшие материалы или горючие материалы и улучшает пенообразование.
Однако композиция по настоящему изобретению, которая содержит в качестве поверхностно-активного вещества соль природной жирной кислоты, зачастую может образовывать мыльный остаток, обусловленный связыванием между металлосодержащими компонентами в воде и солью жирной кислоты в качестве компонента мыла. Мыльный остаток прилипает к однажды высушенной поверхности и не может быть удален кроме как соскабливанием щеткой или т.п., несмотря на промывку водой или горячей водой. Если его не очищать, он остается в виде белых пятен.
Такое состояние нельзя рассматривать как вымытое. Кроме того, если композиция применяется в качестве средства для тушения пожара и вода нагнетается и распыляется при реальном пожаре здания, она может предотвращать распространение пожара, например, когда нагнетается на стену или т.п. дома, расположенного рядом с горящим зданием, но оставляет белый мыльный остаток после тушения. Такой остаток довольно трудно поддается очистке, особенно на жилом высотном здании или т.п. Таким образом, часто существует необходимость подавления образования мыльного остатка.
Как упоминалось выше, с целью подавления образования мыльного остатка композиция на основе поверхностно-активного вещества по настоящему изобретению содержит один, два или более хелатообразующих средств. Хелатообразующий компонент предпочтительно является биоразлагаемым, и предпочтительные примеры хелатообразующего средства включают в себя тетранатриевую соль N,N-бис-(карбоксиметил)-L-глутаминовой кислоты (GLDA·4Na), тетранатриевую соль L-аспартат-(N,N)-диуксусной кислоты (ASDA), динатриевую соль N-2-гидроксиэтилиминодиуксусной кислоты (HIDA), тринатриевую соль (S,S)-этилендиаминянтарной кислоты (EDDS), тринатриевую соль метилглициндиуксусной кислоты (MGDA), этилендиаминтетрауксусную кислоту, нитрилотриуксусную кислоту, диэтилентриаминпентауксусную кислоту, гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусную кислоту, триэтилентетраамингексауксусную кислоту, 1,3-пропандиаминтетрауксусную кислоту, 1,3-диамино-2-гидроксипропантетрауксусную кислоту, дигидроксиэтилглицин, простой эфир гликоля и диаминтетрауксусной кислоты, гидроксиэтандифосфоновую кислоту, аминотриметиленфосфоновую кислоту, 1,2,4-бутантрикарбоновую кислоту, дигидроксиэтилэтилендиаминдиуксусную кислоту, глюконат натрия, глюкогептонат натрия, инозитгексафосфат, гидроксиэтановую кислоту, 2-гидроксипропановую кислоту, 2-гидроксиянтарную кислоту, 2,3-дигидроксибутандионовую кислоту и 2-гидрокси-1,2,3-пропантрикарбоновую кислоту.
Функция хелатообразующего компонента состоит в том, что он захватывает металлосодержащие компоненты как компоненты, определяющие жесткость воды, с тем, чтобы предотвращать потерю мыльного компонента, обусловленную образованием мыльного остатка, и также предотвращать ингибирующее воздействие мыльного остатка на пенообразование. В частности, вышеупомянутая тетранатриевая соль N,N-бис-(карбоксиметил)-L-глутаминовой кислоты (GLDA·4Na) и т.п. в качестве хелатообразующего компонента обладает лучшей способностью к биоразложению, чем этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), а также обладает высокой совместимостью с различными компонентами моющего средства и компонентами средства для тушения пожара.
Образование мыльного остатка подавляется при добавлении хелатообразующего средства; это вызвано тем, что связывание металлосодержащих компонентов, содержащихся в воде, с хелатообразующим компонентом подавляет образование мыльного остатка.
Содержание хелатообразующего компонента в композиции предпочтительно составляет от 1 до 50 мас.%, и особенно предпочтительно от 20 до 50 мас.%, на массу композиции в целом. Если содержание слишком низкое, появляется не только мыльный остаток, но также ухудшаются моющие свойства (моющая способность) и эксплуатационные характеристики при тушении пожара. Если содержание слишком высокое, эффект увеличивается незначительно.
Что касается эксплуатационных характеристик при тушении пожара, по сравнению с водой смешанный раствор, который получают смешиванием 0,5% по объему мыльного компонента и 0,5% по объему хелатообразующего средства, такого как GLDA 4Na или ASDA, со 100 л воды, может заметно повысить эксплуатационные характеристики при тушении пожара.
Однако смешивание мыльного компонента с хелатообразующим средством, таким как GLDA·4Na или ASDA, обладает недостатком, связанным с тем, что даже при обычной температуре смешивание приводит к гелеобразованию и полученную смесь больше уже нельзя применять.
Отсутствует проблема в отдельном добавлении мыльного компонента и хелатообразующего средства, такого как GLDA·4Na или ASDA, к воде во время применения, но отдельное добавление мыльного компонента и хелатообразующего средства, такого как GLDA 4Na или ASDA, требует нескольких стадий и затруднительно при реальной стирке, уходе за кожей лица или тушении пожара, и может быть особенно затруднительным для реагирования в экстренных случаях, таких как пожар. Следовательно, когда мыльный компонент смешивают с хелатообразующим средством, таким как GLDA·4Na или ASDA, для образования композиции предпочтительно добавлять добавку для предотвращения гелеобразования.
Как упоминалось выше, было установлено, что для разрешения такого явления, как гелеобразование, представляющего собой проблему, к воде, которая представляет собой растворитель, предпочтительно добавлять растворитель на основе спирта или сложного эфира, такого как пропиленгликоль (в дальнейшем упоминаемый как PG), изопропиловый спирт (в дальнейшем упоминаемый как IPA), или нормальный бутанол. Когда растворитель представляет собой чистую воду, жидкое мыло при содержании мыла приблизительно от 20 до 30 мас.% образует гель, а добавление растворителя, такого как PG, подавляет гелеобразование и позволяет получать высококонцентрированное жидкое мыло.
Примеры растворителя, который можно добавлять так же как IPA, включают в себя нормальный пропанол, нормальный бутанол, октанол, 1,3-бутиленгликоль, гексиленгликоль (HG), сорбит (D-глюцитол), этиллактат, метилгликолят, триэтилцитрат, этилпируват, лактат натрия и глицерин. Указанные соединения предпочтительно применяют в чистом виде или в их комбинации из двух или нескольких соединений, и наиболее предпочтительным является IPA.
Что касается содержания растворителя, в зависимости от отношения, в котором смешивают мыло и хелатообразующее средство, PG предпочтительно добавляют в количестве от 15 до 50 мас.%, более предпочтительно от 15 до 40 мас.%, на массу композиции в целом. Вдобавок к PG предпочтительно добавляют другой растворитель, такой как IPA, в количестве от 1 до 15 мас.%, более предпочтительно от 3 до 15 мас.%. Если добавленное количество спирта или т.п. слишком высокое, температура возгорания низкая, и если слишком маленькое, эффект от добавления растворителя не достигается.
Однако добавление такого органического растворителя может понизить температуру возгорания полученной композиции, что приводит к проблеме, связанной с тем, что композиция рассматривается как опасный материал и количество ее запасов ограничивается законодательно (закон Японии Fire Service Law of Japan), что в результате делает невозможным создание ее крупных запасов или ее складирование. В связи с этим предпочтительными являются нормальный бутанол и октанол, так как каждый из них подавляет гелеобразование и повышает температуру возгорания.
Когда к упомянутому выше поверхностно-активному компоненту для применения в настоящем изобретении добавлены вода и органический растворитель, и с целью подавления образования мыльного остатка добавляется хелатообразующий компонент, такой как тетранатриевая соль N,N-бис-(карбоксиметил)-L-глутаминовой кислоты, полученная смесь может подвергаться гелеобразованию и применять ее нельзя. Если для решения упомянутой выше проблемы добавляемые количества воды и органического растворителя увеличить, в месте использования концентрация смеси в композиции может быть слишком высокой, что невыгодно.
Авторы изобретения проанализировали механизм (структуру) гелеобразования, наступающего при добавлении хелатообразующего компонента, и обнаружили, что гель имеет слоистую структуру. С целью подавления гелеобразования предпочтительно добавлять одно, два или более химических средств, содержащих две гидрофильные группы в своем бензольном кольце, таких как салицилат натрия, 3-гидроксибензоат натрия, 4-гидроксибензоат натрия или катехин.
Для композиции, содержащей указанные химические средства, приемлемо уменьшение количества растворителя, подлежащего смешению, и таким образом, когда композиция применяется в качестве моющего средства или средства для тушения пожара, концентрацию (количество) смеси в ней можно уменьшать.
Композиция на основе поверхностно-активного вещества по настоящему изобретению имеет высокое значение pH и может иметь значение pH приблизительно 13,0. Такие химические средства являются для пользователей трудными в обращении. Значение pH можно уменьшать приблизительно до 9,0, путем добавления к композиции любого из одного, двух или более средств, регулирующих pH, таких как глюконовая кислота, фитиновая кислота, винная кислота, яблочная кислота или молочная кислота.
При этом композиция, когда применяется в качестве моющего средства или средства для тушения пожара, превращается в продукт, легкий в обращении с ним.
Кроме того, в том случае, когда композиция на основе поверхностно-активного вещества представляет собой вещество, вызывающее коррозию металлов, которое может разрушать материалы, оборудование, пожарные насосы и т.п., к ней можно добавлять ингибитор коррозии металлов, чтобы сделать композицию пригодной к безопасной эксплуатации.
PG также служит в качестве антифриза и добавление PG значительно понижает температуру застывания, что позволяет применять средство для тушения пожара в областях с холодным климатом. IPA обладает способностью ускорять гомогенизацию натриевого мыла и калиевого мыла, улучшать текучесть при низких температурах и предотвращает гелеобразование при добавлении хелата. Кроме того, таким же образом как в случае PG добавление IPA значительно понижает температуру застывания и дает возможность применять средство для тушения пожара в областях с холодным климатом.
Например, смесь мыла, хелатообразующего средства, такого как GLDA·4Na, и растворителя в отношении 1:1:1 не приводит к гелеобразованию, даже когда полученная композиция имеет температуру застывания -17,5°C, несмотря на то, что температура застывания составляет -17,5°C. То есть, композиция достаточно адаптируема к любым климатическим условиям и любым областям, принимая во внимание все возможные климатические условия в Японии. PG и IPA представляют собой наиболее предпочтительные растворители для улучшения текучести.
Композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по настоящему изобретению имеет широко распространенные применения в качестве моющего средства, такие как применение для мойки посуды, для очистки поверхности и для стирки, а также для мойки различных инструментов или оборудования. В качестве жидкого мыла, изготовленного из природных материалов, композиция весьма пригодна в практических аспектах в связи с подавлением образования мыльного остатка.
Кроме того, когда композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде добавляется в качестве средства для тушения пожара в количестве от 2 до 3 мас.% к нагнетаемой воде, она обладает высокими эксплуатационными характеристиками при тушении пожара во время обычных пожаров (например, жилища, пиломатериалов или бумаги), лесных пожаров, при воспламенениях занавесей (например, волокна), воспламенениях покрышек, при автомобильных пожарах, при воспламенениях резины и пластика, пожарах промышленных отходов и других пожарах.
Кроме того, композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде может содержать в случае необходимости стабилизатор пены, такой как полиэтиленгликоль, антикоррозионное средство, антиоксидант или т.п. Композиция обладает прекрасной стабильностью при хранении, и ее моющие свойства и эксплуатационные характеристики при тушении пожара вряд ли будут ухудшаться приблизительно в течение трех лет.
ПРИМЕРЫ
Настоящее изобретение будет описано более подробно на основе приведенных ниже примеров.
Далее приведены конкретные примеры получений, в которых композиция на основе поверхностно-активного вещества по типу добавки к воде по настоящему изобретению применяется в качестве средства для тушения пожара, и в следующих таблицах 1-3 приведены компоненты, состав и свойства композиций, однако, это не означает, что изобретение ограничивается указанными примерами.
Поверхностно-активный компонент получали, как описано ниже.
Получение лаурата калия или т.п.
(емкость A)
Пропиленгликоль (PG) и любую из твердых жирных кислот (лауриновую кислоту, миристиновую кислоту или пальмитиновую кислоту) растворяли в реакционной емкости при нагревании с помощью нагревателя до 30-40°C. После завершения растворения в реакционную емкость медленно добавляли водный раствор гидроксида калия (48 мас.% KOH) и давали возможность взаимодействовать при перемешивании. После завершения реакции реакционную жидкость обрабатывали с помощью ионообменной смолы и в реакционную емкость добавляли очищенную воду с жесткостью 5,0 ч./млн или ниже. При этом получали калиевые соли жирных кислот (лаурат калия, миристат калия и пальмитат калия).
Получение олеата натрия
(емкость B)
Пропиленгликоль (PG) помещали в реакционную емкость и медленно добавляли к нему водный раствор гидроксида натрия (48 мас.% NaOH) при перемешивании. Затем реакционную жидкость обрабатывали с помощью ионообменной смолы и в реакционную емкость медленно добавляли очищенную воду с жесткостью 5,0 ч./млн или ниже. Удостоверившись в равномерном перемешивании трех компонентов, к смеси PG, NaOH и очищенной воды постепенно добавляли олеиновую кислоту (жидкую), получая при этом олеат натрия.
Средство для тушения пожара 1 получали следующим образом.
В контейнере смешивали 20,6 г лаурата калия и 13,5 г миристата калия, каждый из которых был получен в емкости A, с 49,0 г олеата натрия, который был получен в емкости B, и к полученному продукту добавляли 473,9 г пропиленгликоля (PG) и 242,4 г очищенной воды. При перемешивании полученной смеси к ней постепенно добавляли 200 г тетранатриевой соли N,N-бис-(карбоксиметил)-L-глутаминовой кислоты (GLDA·4Na), получая при этом средство для тушения пожара 1.
Порции полученного таким образом средства для тушения пожара 1 отдельно добавляли к водопроводной воде, получая при этом воду для тушения пожара с концентрациями от 0,3% до 2,5%, как показано в таблице 1, и каждый образец воды для тушения пожара подвергали испытаниям для определения следующих эксплуатационных характеристик. На образцах средства для тушения пожара в чистом виде определяли температуру застывания, устойчивость к продолжительному воздействию низких температур, горючесть и pH.
Другие средства для тушения пожара с номерами от 2 до 14 получали таким же образом как средство для тушения пожара 1 и подвергали испытаниям эксплуатационных характеристик таким же образом, как описано выше. Результаты приведены в таблицах 1-3.
В таблицах «композиция» означает процентное содержание по массе и «концентрация» означает концентрацию отдельного средства для тушения пожара, добавляемого к воде.
Эксплуатационные характеристики и другие свойства, приведенные в таблицах, определяли и оценивали как описано ниже.
«Эксплуатационные характеристики при тушении пожара» определяли следующим образом: 82 образца пиломатериалов (30 мм×35 мм×450 мм, с содержанием воды от 10 до 15%) складывали штабелем на основании в форме башни (5 образцов+5 образцов+4 образца+4 образца+5 образцов+5 образцов …+4 образца+4 образца +5 образцов+5 образцов) и на поддон для жидкости, расположенный на основании, наливали 300 куб.см нормального гептана в качестве горючей добавки. Горючую добавку поджигали и сжигали в течение 2 минут, затем осуществляли прерывистое нагнетание воды с помощью воды, нагнетаемой при температуре 20±2°C, путем повторения циклов нагнетания в течение 10 секунд (2,45 л/10 секунд) и прерывания в течение 50 секунд. Знак «◎» указывает на то, что огонь после начала нагнетания воды затухал за три цикла нагнетания; знак «Ο» указывает на то, что пламя, в конце концов, затухало без разрушения башни, и знак «×» указывает на то, что пламя не затухало, и башня из пиломатериалов разрушалась вследствие сильного повреждения при горении.
«Температуру застывания» определяли путем испытания средства для тушения пожара в соответствии с японским стандартом «Способы определения температуры застывания сырой нефти и нефтепродуктов», как описано в японском стандарте JIS K2269.
«Устойчивость к продолжительному воздействию низких температур» определяли с помощью способа измерения периода времени, необходимого для гелеобразования, в емкости термостата, который выдерживали при -5°C. Знак «Ο» указывает на то, что гелеобразование не происходит в течение 10 часов или более, знак «Δ» указывает на то, что гелеобразование происходит за время от 3 часов или более до менее 10 часов, и знак «Х» указывает на то, что гелеобразование происходит за время менее 3 часов.
«Температуру возгорания» определяли в соответствии с японским стандартом «Способ определения температуры возгорания нефтепродуктов», как указано в описании JIS K2265. Знак «Ο» указывает на то, что температура возгорания составляет 100°C или выше, знак «Δ» указывает на температуру от 60°C или выше до температуры ниже 100°C, и знак «Х» указывает на температуру ниже 60°C.
«Характеристики пенообразования» оценивали следующим образом: смешанный раствор загружали в 8 л пенный огнетушитель и дополнительно подавали в него газообразный азот, создавая избыточное давление приблизительно 0,85 MПa, и затем пены выпускали в пеноприемник. Знак «Ο» указывает на то, что пенообразующая способность (или увеличение образующихся пен) увеличивается 8-кратно или более, знак «Δ» указывает на 5-кратное увеличение или более, но менее 8-кратного, и знак «Х» указывает на менее чем 5-кратное увеличение.
«Образование остатка» оценивали следующим образом: растворы указанных концентраций получали, распыляли на бетон и наблюдали образование мыльного остатка в высохшем состоянии. Обозначение «происходит» указывает, что на бетоне невооруженным глазом можно наблюдать адгезию белого мыльного остатка, и «нет» указывает на то, что адгезии остатка не наблюдается.
Из результатов, приведенных выше в таблицах, можно сделать следующие выводы.
Средство для тушения пожара 1 обладает повышенной пенообразующей способностью. Кроме того, благодаря содержанию хелатообразующего средства (GLDA·4Na), несмотря на то, что образование мыльного остатка не полностью подавляется при низких концентрациях, при концентрации 2,5% образования мыльного остатка не наблюдалось, и средство для тушения пожара 1 обладает прекрасными эксплуатационными характеристиками при тушении пожара. Однако температура застывания не была низкой, так как средство не содержит IPA в качестве растворителя.
Средство для тушения пожара 2 содержало хелатообразующее средство (GLDA·4Na) в количестве 1/3 от общего количества, поэтому образование мыльного остатка подавлялось при концентрации 1,5%. Средство также обладало прекрасными эксплуатационными характеристиками при тушении пожара и пенообразующими свойствами.
Средство для тушения пожара 3 обладало повышенной текучестью, так как кроме средства для тушения пожара 2 оно содержало в качестве растворителя IPA (изопропиловый спирт). Кроме того, так как средство содержало пальмитат и миристат, а также олеат и лаурат, оно обладало повышенной пенообразующей способностью и, кроме того, улучшенными эксплуатационными характеристиками при тушении пожара.
Средства для тушения пожара 4 и 5 содержали хелатообразующий компонент в довольно небольшом количестве, поэтому образование мыльного остатка не подавлялось, хотя они обладали прекрасными эксплуатационными характеристиками при тушении пожара и другими свойствами. Средство для тушения пожара 4 обладало довольно высокой температурой застывания, поскольку оно не содержало IPA. Средство для тушения пожара 5 обладало повышенной текучестью, поскольку оно содержало IPA.
Средство для тушения пожара 6 (пример для сравнения) содержало только два типа солей жирных кислот и не содержало какого-либо хелатообразующего компонента, и было эквивалентно традиционному примеру. Такое средство обладало недостаточными эксплуатационными характеристиками при тушении пожара, и образование мыльного остатка наблюдалось даже при концентрациях 2,0% или выше.
Средства для тушения пожара 7-12 содержали в качестве растворителя HG (гексиленгликоль) и их pH был ниже благодаря введению добавки глюконовой кислоты. Каждое из них обладало прекрасными эксплуатационными характеристиками при тушении пожара при концентрациях 1,0% или выше и имело пониженное значение pH.
Средство для тушения пожара 7 имело пониженное значение pH приблизительно 10. Средство для тушения пожара 8, которое содержало салицилат натрия для подавления гелеобразования и регулирования pH, обладало повышенной устойчивостью к продолжительному воздействию низких температур. Средство для тушения пожара 9, которое содержало н-бутанол для регулирования pH и температуры возгорания, обладало, кроме того, повышенной устойчивостью к продолжительному воздействию низких температур.
Средства для тушения пожара 10-12 представляют собой примеры, в которых вследствие измененного соотношения воды и PG гель образовывался при низких температурах, и такие средства обладали особенно низкой температурой застывания. Средство для тушения пожара 11 дополнительно содержало салицилат натрия, а средство для тушения пожара 12 дополнительно содержало н-бутанол, каждое из указанных средств имело низкую температуру застывания и, кроме того, более высокую устойчивость к продолжительном воздействию низких температур.
Средства для тушения пожара 13 и 14 представляли собой примеры применения в качестве хелатообразующего средства этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA) или нитрилотриуксусной кислоты, которые заменили GLDA·4Na в средстве для тушения пожара 12 и каждое из которых обладало прекрасными эксплуатационными характеристиками, подобными характеристикам средства для тушения пожара 12.
Промышленная применимость
Композицию на основе поверхностно-активного вещества по настоящему изобретению можно применять в качестве моющего средства или в качестве высокобезопасного средства для тушения пожара по типу добавки к воде.
Обладая описанным здесь изобретением в части вариантов осуществления настоящего изобретения, авторы считают, что, если не оговаривается иначе, изобретение не ограничивается какими-либо подробностями описания, но подлежит расширенному толкованию в пределах сущности и объема, представленных в прилагаемой формуле изобретения.