КАЛИЕВАЯ СОЛЬ АЗИДОУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ В КАЧЕСТВЕ КОМПОНЕНТА ОГНЕТУШАЩИХ СОСТАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C07C247/12 A62D1/00 

Изобретение относится к технике противопожарной защиты, в частности к реагентам многоцелевого назначения для повышения эффективности огнетушащих средств комбинированного, объемного и порошкового пожаротушения.

Известны многочисленные методы и установки их реализующие для противопожарной защиты объектов различного назначения. Наиболее доступным и дешевым огнетушащим компонентом является вода (см. Средства и способы пожаротушения: Сб.Тр. М. ВНИИПО, 1988. 167с.). Ее тушащие свойства проявляются в поглощении большого количества тепла вследствие высокой удельной теплоемкости (с 4,19 кДж ˙кг^-1 град^-1). Она превращается в пар, снижая концентрацию кислорода, необходимого для протекания реакции горения, отнимает большое количество тепла (теплота парообразования ч 2260 кДж ˙кг^-1). Значительная термическая стойкость способствует тушению большинства твердых материалов и жидких углеводородов. При тушении пожаров в объемах ее используют в виде тонкораспыленных подогретых капельных аэрозолей. Коэффициент теплопередачи возрастает при уменьшении диаметра капель и увеличении их скорости. Высокая дисперсность может достигаться путем технических решений по А.с.N 820839, кл. А 62 С 5/16, 1976; А.с. N 524922, кл. А 62 С 3/02, 1975, т.е. путем испарения и прогрева в струе горячего инертного газа.

Рассматривая порошковые огнетушащие составы, которые в настоящее время значительно превосходят традиционные пожаротушащие средства, можно отметить следующее. Все составы создаются на основе бикарбонатов натрия и калия или на основе фосфорнокислых солей аммония с различными добавками для улучшения текучести, распыла и т.п. (А.с.N 784062 (1978), N 929120 (1980), N 833270 (1977), N 950411 (1980), N 940780 и др.). В качестве примера может быть состав, получаемый на основе карбамида и карбоната щелочного металла, водорастворимой неорганической соли аммония с сушкой в потоке нагретого воздуха (А. с. N 1.021.041 (1980). Имеется ряд отечественных порошковых составов: Пирант А, Пирант М, Пирант МТ довольно эффективных для применения. В то же время получение мелкодисперсных фракций составов удорожит технологию, когда применяется механическое измельчение. Как правило, дисперсность частиц составляет d 200 мкм, d 10-30 мкм. У лучших составов она достигает и до 5 мкм. А чем крупнее частицы, тем труднее получить устойчивые аэрозоли, а следовательно, и достигнуть высокой эффективности пожаротушения. Значительный интерес представляет английский порошок "Моннекс", который в процессе пожаротушения подвергается дроблению при нагревании. Это один из ближайших аналогов для понимания сущности предлагаемого технического решения.

Для объемного пожаротушения в настоящее время применяются составы типа СТК-Б, которые сжигаются в газогенераторах. Принцип действия основан на введении ингибиторов горения в горящие замкнутые объемы. Аэрозоли СТК-Б включают газовые составляющие: СО 40% N₂ 28% Н₂ 10% СО₂ 0,3% Н₂О 0,1% и конденсирован- ные составляющие: КОН 18% С 2% НВr 1,5% Весовая доля конденсата до 0,33. Скорость выгорания таких зарядов, выполняемых в виде цилиндрических шашек, довольно низкая. Доля крупных конденсированных частиц в составе аэрозолей достаточно велика, они наблюдаются даже визуально в виде разогретых до t 930^оС макрочастиц. Температура в камере t_к= 1160^оС.

Распространяются в последнее время и порошковые и др. огнетушители с газогенерирующими устройствами на твердых топливах или пиротехнических составах (А.с. NN 902767 (1979), 820844 (1979), 860774 (1979), 1140799 (1983), 777913 (1979), 753436 (1978) и др.). Для них характерна необходимость установки дроссельных шайб для обеспечения горения твердотопливных, жидких или пиротехнических составов (см. также А.с. NN 848044 (1979), 860773 (1979), 860775 (1979) и др.). Проходное отверстие шайбы мало и возможна его закупорка, что недопустимо, т.к. это приводит к разрыву корпуса газогенератора при превышении внутрикамерного давления выше допустимого. Кроме того, для пиротехнических составов, например, на основе формальдегидных смол характерна малая газопроизводительность (Г 30%), что очень не эффективно.

Таким образом, для каждой из рассмотренных систем присущи определенные недоcтатки, уcтраняя которые можно cущеcтвенно повыcить эффективноcть пожаротушения и пожаровзрывозащищенности объектов различного назначения.

Обобщенный недостаток для рассматриваемых комбинированного, объемного и порошкового огнетушащих средств, например, с применением составляющих на базе щелочных металлов, состоит в недостаточно высокой их эффективности из-за нереализации дополнительного вторичного дробле- ния аэрозольных частиц, недостаточной дисперсности исходного средства. Сопутствующий недостаток для систем с газогенерирующими устройствами на базе разных топлив снижает эксплуатационную эффективность, ввиду аварийности из-за вероятной возможности разрыва генератора.

Цель изобретения состоит в повышении огнетушащей эффективности комбинированного, объемного и порошкового пожаротушения.

Указанная цель достигается тем, что в качестве компонента огнетушащего средства комбинированного, объемного, порошкового пожаротушения, а также и газовытесняющего средства используется калиевая соль азидоуксусной кислоты.

Сущность способа получения калиевой соли азидоуксусной кислоты заключается в щелочном гидролизе этилового эфира азидоуксусной кислоты спиртовым раствором гидроокиси калия. Пример синтеза иллюстрируется лабораторным методом получения.

К раствору 110 г этилового эфира азидоуксусной кислоты в 400 мл этилового спирта дозируют при перемешивании 360 г 20%-ного спиртового раствора щелочи калия при температуре не выше 50^оС с последующим перемешиванием в течение 10-15 мин и фильтрации выпавшего продукта.

Выход сырца составляет М 71 г (79%). После синтеза калиевую соль кристаллизуют. Для этого 30 г соли растворяют при нагревании в 900 мл этилового спирта, затем содержимое охлаждают до 15± 5^оС. Выпавшие кристаллы отфильтровывают. Выход соли составляет М 21 г. Возможна кристаллизация из водного этанола, для этого М 21 г соли растворяют в смеси 160 мл этилового спирта и 8 г воды. При охлаждении выпадают ультрадисперсные частицы размером менее 2-3 мкм чешуйчатые кристаллы. Вес получаемой сухой калиевой соли азидоуксусной кислоты КСАУК составляет М 16 г. Соль гигроскопична. Она очень хорошо растворяется в воде (более 100 г/100 г воды), этиловом спирте и водном его растворе. Температура воспламенения более 180-200^оС. Скорость горения чрезвычайно высокая, продукт не детонирует. Нижний предел чувствительности к удару по стандартной пробе 10 кг х 25 см составляет 68% к трению Р 4800 кг/см². Растворы КСАУК полностью безопасны в обращении, что важно для практического применения.

В продуктах сгорания содержится много азота и ингибиторов горения на основе калия (КОН, К₂СО₃).

Пути практического использования полученной соли в качестве компонента различных огнетушащих средств хорошо иллюстрируются следующими примерами.

1. КСАУК как эффективное средство объемного пожаротушения. Чрезвычайная ультрадисперсность менее 2 мкм кристаллов соли позволяет получать очень устойчивые мелкодисперсные огнетушащие аэрозоли ингибиторов горения КОН, К₂СО₃ в составе газов СО₂, N₂ и паров Н₂О. Порошок КСАУК может быть псевдоожижен холодным газом и подаваться в зону горения в виде струй, в пламени пожаров воспламеняться, создавая огнетушащие аэрозоли. В очаги пожара КСАУК может доставляться путем забрасывания гранат, бомб и т.п. Он может дистанционно воспламеняться по команде оператора при установке устройств в определенных точках пожаровзрывопредупреждения. В этом случае образованная аэрозоль сама накрывает очаги огня и обеспечивает пожаротушение. Опытная проверка тушения горящего с поверхности этилового спирта, находящегося в чаше, в замкнутом объеме V 0,06 м³ с расстояния l 70 см путем воспламенения навески КСАУК показала, что эффективное тушение достигается при концентрации аэрозоли С 25 мг/м³.

Весьма важным качеством КСАУК является малая токсичность продуктов газификации. Ее можно использовать для обитаемых пожароопасных объемов и отсеков зданий, шахт, различных транспортных средств.

Однако, ввиду высокой скорости разложения следует обращаться с устройствами осторожно, обеспечивая дистанционность запуска.

2. КСАУК как компонент средства комбинированного пожаротушения. Хорошая растворимость соли в воде и других жидкостях и растворах позволяет готовить на ее основе огнетушащие средства, например, для жидкостных огнетушителей или комбинированных средств (А.с. NN 820839 (1976), 524922 (1975). При распыливании жидкостей центробежными или пневматическими форсунками капли в пламени пожара испаряются, жидкость выпаривается, а затем при достижении температуры воспламенения КСАУК происходит их вторичное дробление, что повышает эффективность пожаротушения за счет высокой дисперсности частиц и добавления ингибиторов горения от соли. При подаче КСАУК горячими газами по АС N 820839 и N 524922 капли раствора подвергаются вторичному дроблению на участках устройств и подаются к очагам или в объемы уже с высокой дисперсностью аэрозоли.

3. КСАУК как компонент порошковых средств пожаротушения. Как уже отмечалось по п.1 соль может сама применяться в качестве порошков, если использовать для аэрации холодные газы, например, углекислоту. Если ее ввести в состав порошка или даже на поверхность частиц, то будет осуществляться вторичное дробление и достигаться более высокая степень дисперсности порошковых аэрозолей подобно английскому порошку Моннекс. Эффективность значительно возрастает, аэрозоли более устойчивы, длительность пожаропредупреждения возрастает.

4. КСАУК как средство газового вытеснения огнетушащих средств. Размещая в герметичных ампулах соль вместо зарядов газогенератора, можно получать газ для псевдоожижения или вытеснения без применения дроссельных шайб, ввиду высокой скорости газообразования КСАУК. Причем доля выделения газа из соли составляет 0,45-0,5 л/г при большом содержании азота. КСАУК может применяться также и в бомбах, гранатах для разбрасывания порошковых огнетушащих средств.

Таким образом, по сравнению с известными средствами пожаротушения КСАУК имеет очень высокую степень дисперсности, обладает высокой скоростью газообразования, большим газовыделением и являются эффективным продуктом для использования в качестве компонента огнетушащих средств комбинированного, объемного, порошкового пожаротушения и пожаровзрывопредупреждения, а также газовытесняющих средств.

Использование: в качестве компонента огнетушащих составов. Сущность изобретения: продукт: калиевая соль азидоуксусной кислоты, т.восплам. 180 200°С. Реагент 1: этиловый эфир азидоуксусной кислоты. Реагент 2: спиртовой раствор гидроокси калия. Условия реакции: в среде этилового спирта при температуре не выше 50°С.

Калиевая соль азидоуксусной кислоты формулы

в качестве компонента огнетушащих составов.