代表的なカリウム塩ドライウォーターの調製と特性評価およびその消火性能

日常の火災をより安全に消す方法

家庭や倉庫での火災は、家具やパレット、建築用木材などありふれたものから発生することが多く、それらを迅速かつ清潔に消火することは依然として課題です。従来の高効率な消火剤の中には環境に悪影響を与えるものや、粉じんが残って呼吸を妨げるもの、燃料内部でゆっくり進行する着火を止められないものもあります。本研究は、冷却能力を持つ水、粉末の到達性、そして環境負荷の低減を組み合わせることを目指した、カリウム塩を含む新しいタイプの「ドライウォーター」を検討しています。

ほとんどが水という不思議な材料

「ドライウォーター」という名は矛盾しているようですが、実際には微小な水滴を疎水性シリカ粉末の薄い殻で覆ったものです。見た目や手触りは自由に流れる柔らかい粉末のように振る舞いますが、実に90％以上が液体です。研究者らはまずこれらの粒子を再現性よく作る方法を確立しました。脱イオン水と疎水性シリカを所定の速度と時間で強力に攪拌し、水が多数の小さな液滴に引き裂かれて即座に被覆されるようにします。被覆前に水に各種カリウム塩を溶かし、場合によっては植物由来のコールドセッティングゲルを加えて、粒子が圧力下でも形状を保持しやすくしています。

より強く、流動性の良い粒子を作る

高性能顕微鏡で観察すると、ドライウォーターの粒子は概ね球状で、シリカが作る粗く凹凸のある外殻を持っていました。コールドセッティングゲルを加えると粒子はやや大きくなる傾向がありましたが、高圧にも強く、液体に戻されるのではなく軽く圧縮されて構造を保ちました。粒径や粉体の流動性の測定では、良好に作られたドライウォーターは狭く均一な粒径分布を示し、細かい砂のように滑らかに流れることが分かりました。このバランスは重要で、消火剤は配管やノズルをスムーズに通りながら、かつ火災の中心部に到達するまで粒子構造を維持する必要があります。

木材火災でドライウォーターを試す

これらの粉末が実際の炎でどう振る舞うかを調べるため、研究者らは積み重ねた松材の板、点火用の燃料パン、数個の熱電対と赤外線カメラを備えた試験装置を組みました。比較対象として、無添加のドライウォーターと、酢酸カリウム、塩化カリウム、リン酸二水素カリウムの3種類のカリウム塩を含むドライウォーター（強度向上のためゲルを添加）を用意しました。窒素ガスを一定圧で供給し、それぞれの消火剤を十分発達した木材火災に噴霧しました。いずれの場合も炎は鎮圧され、木材内部および表面上方の温度は2分以内に100 °C未満まで低下し、これらの粉末がこの種の火災を消す能力があることが示されました。

なぜ酢酸カリウムが最も有効なのか

4種類とも火災を消すことはできましたが、酢酸カリウム（CH₃COOK）を用いたものが際立っていました。最も高温の部分をより速く冷却し、必要とする消火剤の質量も最小でした。詳細な試験からいくつかの理由が示唆されます。まず、粒子が炎に衝突すると一部が破裂して微細な液滴を放出し、これが素早く蒸発して大量の熱を吸収するとともに水蒸気や窒素で炎を窒息させます。次に、破裂しない粒子は多孔質のシリカ層として木材を覆い、新鮮な空気の供給を遅らせます。さらに、700 °C以上の高温では酢酸カリウムが分解して水酸化カリウム（KOH）ガスを生成し、炎中の反応性断片と反応して燃焼を維持する連鎖反応を妨げます。

よりクリーンで用途の広い消火剤

一般向けに言えば、この酢酸カリウムドライウォーターは水と乾式粉末の賢いハイブリッドのように振る舞います。粉末のように流れ・噴霧でき、しかし水のように冷却し、さらに炎そのものに働きかける単純でよく知られた化学種を利用します。主成分が水とシリカであり、カリウム化合物は従来のハロン系薬剤に比べて大気に対する悪影響が遥かに小さいため、木材やその他の日常的な固体の火災、特に開放炎と内部でのゆっくりした燻燃の両方を制御する必要がある場面で、よりクリーンな選択肢として有望です。

引用: Yaoyong, Y., Quan, W., Yingkang, Y. et al. Preparation and characterization of typical potassium salt dry water and its fire extinguishing performance. Sci Rep 16, 6420 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35477-7

キーワード: 消火, ドライウォーター, カリウム塩, 木材火災, グリーン消火剤