ПЕНООБРАЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ "СНЕЖОК" Российский патент 1998 года по МПК A62D1/02 

Изобретение относится к составу пенообразующих композиций и предназначено для использования в производстве химических средств тушения пожаров.

Известно, что в качестве основных компонентов композиций, предназначенных для получения воздушно-механических пен, наибольший интерес представляют водные растворы анионогенных ПАВ из класса щелочных солей высших алкилсерных кислот (алкилсульфатов), которые в отличие от водных растворов мыла устойчивы к воздействию ионов жесткости применяемой воды. Известно также, что к повышению стабильности (устойчивости) воздушно-механических пен на основе водных растворов алкилсульфатов приводят добавление в эти растворы гигроскопических веществ типа глицерина или легко набухающих в воде высокомолекулярных веществ типа карбоксиметилцеллюлозы (Шварц А., Перри Дж., Берч Дж. Поверхностно-активные вещества и моющие средства. - М.: ИЛ, 1960, с. 508). Отсюда следует, что для использования водных растворов алкилсульфатов в качестве основы пенообразующих композиций для тушения пожаров в них необходимо дополнительно вводить ряд других веществ, сообщающих или усиливающих те или иные специфические свойства. При этом с целью минимизации транспортных расходов товарные пенообразующие композиции следует производить промышленными предприятиями в наиболее концентрированном виде, а разбавление товарных концентратов водой до рабочих пенообразующих растворов (с минимальной концентрацией компонентов) осуществлять в местах их использования.

В настоящее время к пенообразующим композициям для тушения пожаров предъявляются следующие основные требования (Казаков М.В., Петров И.П., Реутт В.Ч. Средства и способы тушения пламени горючих жидкостей. - М.: Стройиздат, 1977):
а) высокая пенообразующая способность или так называемая "кратность пены", оцениваемая числом объемов пены, образующихся из одного объема рабочего пенообразующего раствора;
б) высокая стабильность (устойчивость) пены к изменению внешних факторов (например, колебаниям солевого состава применяемой воды, температуры и т.п. ), оцениваемая по времени истечения 50% объема пены в виде жидкости;
в) промышленная доступность, биологическая разлагаемость и низкая токсичность всех компонентов;
г) отсутствие корродирующего действия у товарных пенообразующих композиций на стальные емкости для их хранения и у рабочих пенообразующих растворов на детали машин для их применения.

Особая важность последнего из вышеперечисленных требований к пенообразующим композициям для тушения пожаров становится очевидной, если учесть, что в современном мире огромное количества горючих и легковоспламеняющихся материалов перемещаются на большие расстояния всеми видами наземного, водного и воздушного транспорта, когда при возгорании указанных материалов нет времени на приготовление рабочих пенообразующих растворов не только из компонентов, но и из товарных концентратов. Отсюда следует, что любое подразделение пожарной охраны обязано всегда иметь некоторый запас рабочего пенообразующего раствора, который не должен вызывать влажной коррозии стальных емкостей хранения. Здесь уместно отметить, что для хранения пенообразующих композиций рассматриваемой группы железобетонные емкости неприемлемы, поскольку известно, что в них приблизительно в 2 раза быстрее снижается пенообразующая способность композиции.

Первая пенообразующая композиция для тушения пожаров на основе щелочных солей высших алкилсульфатов с антикоррозионной добавкой, созданная в СССР, имела следующий состав [1], мас.%:
Вторичные алкилсульфаты фракции C₆-C₁₈ - 20 - 30
Хромат циклогексиламина - 0,05 - 0,08
Вода - Остальное
Товарный концентрат пенообразующей композиции такого состава производился по ТУ 38.10923-86 под торговым названием "ПО-ЗАИ". Для приготовления 2%-ного рабочего раствора пенообразователя "ПО-ЗАИ" 20 кг его товарного концентрата разбавляют водой до объема 1 м³ и приготовленным раствором заполняют баки пеногенераторов пожарных машин.

Механизм антикоррозионного действия хромата циклогексиламина в составе пенообразователя "ПО-ЗАИ" до сих пор еще не установлен, однако имеются основания полагать, что указанное действие оказывают образующиеся при его диссоциации хромат-ионы, которые, как известно, проявляют пассивирующее (хроматирующее) действие на металлические поверхности после нанесения на них цинковых, кадмиевых и некоторых других гальванических покрытий по ГОСТ 9.305-84.

Основным недостатком пенообразующей композиции "ПО-ЗАИ" [1] является сравнительно невысокая стабильность пены, получаемой из ее 2%-ного рабочего раствора. Для устранения этого недостатка взамен композиции "ПО-ЗАИ" было налажено производство пенообразователя "САМПО" по ТУ 38.10950-78 следующего состава, мас.%:
Жирные спирты фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3
Глицерин - 0,3
Мочевина - 0,6
2%-ный водный раствор композиции "ПО-ЗАИ" [1] - Остальное
Совершенно очевидно, что основную часть массы пенообразующего раствора "САМПО" составляет вода, неоправданно повышающая расходы на транспортировку этого пенообразователя от мест производства к местам применения. Кроме того, одновременное использование в составе пенообразователя "САМПО" гидрофобных одноатомных спиртов фракции C₁₂-C₁₆ и гидрофильного трехатомного спирта глицерина нуждается в тщательном обосновании.

Известны три пенообразующих композиции точно с таким же содержанием алкилсульфатов и хромата циклогексиламина, как и в композиции "ПО-ЗАИ" [1], но дополнительно содержащих в качестве стабилизаторов пены либо меламинформальдегидную смолу в количестве 10-20 мас.% [2], либо щелочную или аммониевую соль бис-(1,1,7-тригидрододекафторгептил)-сульфосукцината в количестве 5-20 мас.% [3], либо низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук в количестве 0,75-1,5 мас.% [4]. Общим недостатком всех трех этих композиций является биологическая жесткость входящих в их состав стабилизаторов пены.

Наиболее близкой к предлагаемой по химическому строению и биологической разлагаемости компонентов, а также по антикоррозионному действию на стальные поверхности является пенообразующая композиция следующего состава [5], мас. %:
Вторичные алкилсульфаты натрия - 16-21
Мочевина - 20-35
Хромат циклогексиламина - 0,05-0,08
Вода - Остальное
Достоинствами этой композиции, принятой за прототип данного изобретения, являются стабильность пены, обусловленная наличием мочевины, и отсутствие корродирующего действия на стальные поверхности, обусловленные наличием хромата циклогексиламина. Недостатком композиции-прототипа [5] являются сравнительно низкая пенообразующая способность (кратность пены) и высокая токсичность циклогексиламина (кровяной яд) как компонента, связывающего хромовую кислоту в виде соли, диссоциирующей с образованием хромат-ионов.

Целью изобретения является повышение пенообразующей способности (кратности пены) водных растворов алкилсульфатов натрия за счет дополнительного введения специальных компонентов и одновременное снижение токсичности антикоррозионного компонента за счет исключения циклогексиламина из его состава.

Цель достигается применением предлагаемой пенообразующей композиции для тушения пожаров "Снежок", включающей алкилсульфаты натрия, мочевину, воду и вещество, образующее в водном растворе хромат-ионы, в которой отличиями является то, что в композицию дополнительно вводят полиэтиленгликоль с молекулярной массой 400-5000, в качестве вещества, образующего в водном растворе хромат-ионы, используют хромат мочевины, а все компоненты берут в следующих количествах, мас.%:
Нормальные вторичные или первичные алкилсульфаты натрия с 6-16 атомами углерода в алкильных радикалах - 16-21
Мочевина - 20-35
Полиэтиленгликоль с мол. массой 400-5000 - 0,16-0,21
Хромат мочевины - 0,041-0,065
Вода - Остальное
Недавно стало известно, что полиэтиленгликоли с большой молекулярной массой, получаемые поликонденсацией оксида этилена в присутствии малых количеств воды, даже при низких концентрациях в водных растворах (0,5-1,5 г/м³) сообщают последним ряд новых полезных свойств (Скрипкина С.А., Лазуткин А.М. , Мустафаев Р. Ф. В журн. "Химия и жизнь", 1985, N 3, с. 20). Предлагаемое использование полиэтиленгликолей с мол. массой 400-5000 в качестве компонентов пенообразующей композиции "Снежок" свидетельствует еще об одном новом полезном свойстве соединений этого ряда: повышении пенообразующей способности водных растворов алкилсульфатов натрия.

В составе пенообразующей композиции-прототипа [5] возможна замена высокотоксичного катиона циклогексиламмония (образующегося при диссоциации хромата циклогексиламина) на катионы щелочных металлов или аммония. Однако более целесообразна замена хромата циклогексиламина на более дешевый и доступный хромат мочевины, для получения которого не требуется специального производства, поскольку он легко образуется при растворении равномолекулярных количеств товарных хромового ангидрида и мочевины в воде.

Пример 1. Для проведения сопоставительных опытов по определению пенообразующей способности (кратности пены) предложенной композиции "Снежок" и композиции-прототипа [5] , а также стабильности получаемых из них пен готовят образцы той и другой композиции, используя следующие исходные вещества:
додецилсульфат натрия нормальный первичный квалификации "чистый", ТУ 6-09-64-70;
алкилсульфаты натрия нормальные вторичные с 6-16 атомами углерода в алкильных радикалах, технические, ТУ 6-02-688-76;
полиэтиленгликоль-9, технический, ТУ 6-14-714-76, либо
полиэтиленгликоль-35, технический, ТУ 6-14-719-76, либо
полиэтиленгликоль-115, технический, ТУ 6-14-826-78;
мочевина (карбамид), техническая, ГОСТ 2081-75;
хромат циклогексиламина, "чистый", МРТУ 6-09-144-70;
хромовый ангидрид, технический, ГОСТ 2548-77;
вода водопроводная (питьевая), ГОСТ 2874-82.

Все вышеперечисленные вещества (кроме хромового ангидрида) растворяют в воде в произвольной последовательности. Хромовый ангидрид растворяют в воде отдельно, затем прибавляют равномолекулярное количество мочевины и приготовленный таким путем раствор хромата мочевины присоединяют к раствору других компонентов композиции.

За оптимальное содержание алкилсульфатов и мочевины в предлагаемой пенообразующей композиции "Снежок" принимают оптимальное содержание тех же веществ в композиции-прототипе [5], т.е. 16-21 мас.% и 20-35 мас.% соответственно, а за оптимальное содержание хромата мочевины принимают оптимальное содержание хромата циклогексиламина в пересчете на хромовую кислоту.

По 20 г каждой из приготовленных пенообразующих композиций разбавляют водой до 1 л и у полученных рабочих 2%-ных растворов определяют кратность и стабильность пены известными способами, например по ТУ 38.10923-86 для 2%-ного рабочего раствора пенообразователя "ПО-ЗАИ" (см. ТУ, раздел 4.8).

Результаты серийных опытов (3-5 опытов в каждой серии), проведенных в тождественных условиях, представлены в прилагаемой таблице. Из этой таблицы видно, что кратность пены у композиции "Снежок" на 30-35% выше, чем у композиции-прототипа (сравни опыты серий 1-3 и 4-12). Совершенно очевидно, что это обусловлено дополнительным введением полиэтиленгликоля. В то же время значимых различий в стабильности пен, получаемых из рабочих растворов той и другой пенообразующей композиции, не наблюдается.

Из прилагаемой таблицы также видно, что кратность и стабильность пен, получаемых из пенообразующих композиций с использованием вторичных и первичных алкилсульфатов натрия, практически одинакова (сравни опыты серий 4, 8 и 12 с опытами серий 13-15).

Пример 2. Антикоррозионное действие хромата мочевины в композиции "Снежок" и хромата циклогексиламина в композиции-прототипе [5], а также в их 2%-ных рабочих растворах определяют любым известным способом, например погружением в испытуемые растворы пластинок из стали-3 толщиной 1 мм и площадью поверхности не менее 20 см² на одинаковое время при одинаковых условиях (см. Испытания материалов. Справочник. - М.: Металлургия, 1979, с. 226-228). Перед погружением в испытуемые растворы все пластинки обезжиривают (например, промывкой в бензине), высушивают и взвешивают на аналитических весах с точностью до 5-го знака после запятой. О степени коррозии пластинок судят по убыли их массы при повторном взвешивании через заданные промежутки времени.

После 3-месячного выдерживания стальных пластинок в пенообразующих композициях и их 2%-ных рабочих растворах, изучавшихся в примере 1 (см. таблицу), значимой убыли массы ни у одной пластинки не обнаружено, а расхождения в результатах трех последовательных взвешиваний не превышали допустимой ошибки самого процесса взвешивания (в пятом знаке после запятой). Это свидетельствует об одинакой антикоррозионной активности равномолекулярных количеств хромата циклогексиламина и хромата мочевины.

Из приведенных примеров и иллюстрирующей их таблицы видно, что предлагаемая пенообразующая композиция "Снежок" имеет следующие преимущества перед композицией-прототипом [5]:
обладает более высокой (на 30-35%) пенообразующей способностью (кратностью пены);
не содержит высокотоксичного циклогексиламина.

Все компоненты предложенной пенообразующей композиции "Снежок" выпускаются химической промышленностью России, в связи с чем производство композиции "Снежок" может быть осуществлено в любое время без каких-либо затруднений со стороны обеспеченности сырьем.

Источники информации
1. SU, авторское свидетельство N 618117, кл. A 62 D 1/02, 1978.

2. SU, авторское свидетельство N 944593, кл. A 62 D 1/02, 1982.

3. SU, авторское свидетельство N 1036333, кл. A 62 D 1/02, 1983.

4. SU, авторское свидетельство N 1106523, кл. A 62 D 1/02, 1984.

5. SU, авторское свидетельство N 1353446, кл. A 62 D 1/02, 1984.

Изобретение используется для тушения пожаров. Для этого предназначена пенообразующая композиция состава, мас.%: нормальные вторичные или первичные алкилсульфаты натрия, содержащие 6-16 атомов углерода в радикалах 16-21; мочевина 20-35; полиэтиленгликоль с молекулярной массой 400-5000 0,16-0,21; хромат мочевины 0,041-0,065; вода остальное. Такой состав обеспечивает повышение кратности пены. 1 табл.

Пенообразующая композиция для тушения пожаров, включающая алкилсульфаты натрия, мочевину, воду и вещество, образующее в водном растворе хромат-ионы, отличающаяся тем, что в композицию дополнительно вводят полиэтиленгликоль с мол.м. 400 - 5000, в качестве вещества, образующего в водном растворе хромат-ионы, используют хромат мочевины, а все компоненты берут в следующих количествах, мас.%:
Нормальные вторичные или первичные алкилсульфаты натрия с 6 - 16 атомами углерода в алкильных радикалах - 16 - 21
Мочевина - 20 - 35
Полиэтиленгликоль с мол.м. 400 - 5000 - 0,16 - 0,21
Хромат мочевины - 0,041 - 0,065
Вода - Остальноер