АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2000 года по МПК A62D1/00 A62D1/06 A62C13/22 

Изобретение относится к области создания средств тушения пожаров. Наиболее эффективное применение в генераторах огнетушащего аэрозоля для объемного пожаротушения.

Известны аэрозолеобразующие огнетушащие составы, выделяющие при сгорании огнетушащий аэрозоль (дым) и включающие в качестве основных компонентов: окислитель - нитрат или перхлорат калия и органическое горючее или горючее-связующее (например, авт. свид. СССР N 1445739, патенты РФ N 2093226 и N 2093227, все кл. A 62 D 1/00, N 2046614, кл. A 62 C 37/00 и др.). В качестве горючего связующего, одновременно выполняющего функции и горючего, и связующего, скрепляющего компоненты состава в единый монолит, в них используются органические вещества: эпоксидные, фенолформальдегидные смолы, каучуки, пластифицированная нитроцеллюлоза и др.

Обладая различными огнетушащими свойствами и техническими характеристиками, все вышеназванные составы имеют общий недостаток - используемое в них органическое горючее связующее при термическом разложении выделяет вещества (в частности, водород, CO), дающие при последующем окислении пламя значительной протяженности. При использовании таких составов в генераторах огнетушащего аэрозоля без специальных механических или химических пламягасительных и температуропонижающих насадок повышается опасность использования генераторов. При определенных условиях, например в случае несанкционированного запуска, такие генераторы сами могут стать источником пожара. Применение же пламягасительных и температуропонижающих насадок значительно усложняет и удорожает конструкцию, снижает эффективность применения генераторов. Кроме того, в этом случае повышается токсичность продуктов сгорания состава из-за неполного их доокисления.

Известны также аэрозолеобразующие огнетушащие составы, содержащие в качестве связующего неорганические вяжущие вещества - гипс и/или жидкое стекло (патенты RU 2107524 и RU 2121857, A 62 D 1/00), характеризующиеся уменьшенным пламяобразованием при термическом разложении и позволяющие достичь беспламенной работы генераторов огнетушащего аэрозоля без применения специальных устройств температуропонижения и пламягашения. Недостатком этих составов является то, что для их воспламенения требуется мощный и продолжительный тепловой импульс, что усложняет и удорожает конструкцию генераторов аэрозоля с их использованием.

Наиболее близким к заявляемому является один из этих составов по патенту RU 2107524, A 62 D 1/00, принятый авторами за прототип. Состав содержит окислитель - нитрат и/или перхлорат калия, горючее - сажу и связующее - неорганические вяжущие вещества: гипс и/или жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окислитель - 58,5 - 77
Горючее - 9,0 - 11,0
Неорганические вяжущие вещества - 5 - 50
При хороших огнетушащих свойствах и пониженном пламяобразовании недостатком этого состава является плохая воспламеняемость от обычных средств инициирования.

Задачей изобретения является создание аэрозолеобразующего состава с пониженным пламяобразованием и улучшенной воспламеняемостью.

Поставленная задача решается за счет того, что в аэрозолеобразующем огнетушащем составе, содержащем окислитель - нитрат и/или перхлорат калия, горючее - сажу и связующее - неорганические вяжущие вещества (гипс и/или жидкое стекло), в качестве горючего дополнительно используется идитол. Идитол (твердая фенолформальдегидная новолачного типа смола марки СФ-0112А) стоек к воде, имеет низкую температуру начала разложения, и его введение в состав резко улучшает воспламеняемость последнего. Измельченный идитол, используемый в составе, представляет собой порошок светло-желтого цвета.

Экспериментально установлено, что для достижения требуемых характеристик состава (огнетушащей эффективности, баллистических, физико-механических характеристик и хорошей воспламеняемости) соотношение компонентов должно находиться в пределах, мас.%:
Окислитель - 45 - 80
Горючее:
Сажа - 4,5 - 18,5
Идитол - 0,5 - 1,5
Неорганические вяжущие вещества - 5 - 50
При этом при массовой доле окислителя: ниже предельной - состав не горит, выше предельной - падают огнетушащие свойства из-за появления кислорода в продуктах разложения. При массовой доле сажи: ниже предельной ухудшаются огнетушащие свойства (из-за появления в продуктах сгорания кислорода), выше предельной - ухудшаются токсикологические характеристики из-за присутствия недоокисленных компонентов в продуктах сгорания. При массовой доле идитола: ниже предельной - ухудшается воспламеняемость, выше предельной - появляется пламя значительной протяженности при горении состава. При массовой доле неорганических вяжущих веществ: ниже предельной - не обеспечиваются требуемые физико-механические характеристики (например, прочность) состава, выше предельной - снижается эффективность состава из-за наличия избытка связующего в качестве балласта.

Для обеспечения требуемого уровня реологических характеристик возможно введение в состав дополнительно традиционных технологических добавок, например поверхностно-активных веществ (ПАВ): сульфонатов или КМЦ (натриевой или калиевой соли карбоксиметилцеллюлозы).

Для регулирования скорости аэрозолеобразования в состав также могут дополнительно вводиться каталитические добавки, например оксид меди (CuO), оксид (III) железа (Fe₂O₃), оксид цинка (ZnO) и др.

При этом общее количество добавок в составе должно быть в пределах 0,1-5 мас. %. Применение добавок в количестве ниже предельного не дает требуемого каталитического или технологического эффекта. Превышение же верхнего предела нецелесообразно ввиду того, что добавки становятся балластом, снижая эффективность состава.

С целью повышения прочности состава гипс и/или жидкое стекло полностью или частично могут быть заменены цементом различных марок.

Аэрозолеобразующий состав готовится следующим образом. Окислитель и твердое горючее измельчаются до требуемой для обеспечения технологических характеристик дисперсности, просеиваются на ситах. Готовится водный раствор неорганического связующего с технологическими добавками. При этом массовая доля воды в этих растворах выбирается минимально необходимой для выполнения условий:
1 - полного отверждения вяжущих растворов (при использовании гипса и цемента);
2 - получения требуемых для равномерного распределения компонентов и возможности переработки массы реологических характеристик.

Подготовленные окислитель, горючее, раствор связующего с технологическими добавками и, при необходимости, каталитические добавки дозируются в смеситель, в котором компоненты перемешиваются в течение времени, необходимого для получения массы с равномерным распределением компонентов. После смешения масса состава прессуется (проходным или глухим прессованием) или заливается в формы для получения аэрозолеобразующих зарядов (шашек) требуемых размеров. Последняя фаза процесса изготовления состава - сушка, которая может проводиться как при нормальной температуре окружающей среды, так и при повышенной (до 60^oC) температуре в сушильных шкафах.

Примеры компоновки состава приведены в таблице. Воспламеняемость состава оценивалась на цилиндрических образцах состава диаметром 18 мм, длиной 50 мм. За характеристику воспламеняемости принимался интервал времени от момента начала воздействия пламени спички на торец образца состава до момента загорания состава. Как следует из таблицы, дополнительное введение в состав в качестве горючего идитола позволяет практически в пять раз улучшить воспламеняемость состава.

Из вариантов состава изготовлены опытные образцы зарядов генераторов огнетушащего аэрозоля. Натурные испытания показали их работоспособность и эффективность. При этом температура аэрозоля на выходе генератора без специальных насадок не превышает 600^oC. Огнетушащая эффективность состава находится в пределах 30-100 г/м³.

Состав относится к средствам тушения пожара и наиболее эффективно применим в генераторах огнетушащего аэрозоля для объемного пожаротушения. Состав содержит окислитель - нитрат и/или перхлорат калия, горючее - сажу и связующее - неорганические вяжущие вещества и идитол. В качестве неорганического вяжущего вещества состав содержит гипс, и/или жидкое стекло, или различные марки цемента, или их смесь с гипсом и/или жидким стеклом. Он также может содержать технологические и/или каталитические добавки в количестве 0,1 - 5,0%. Техническим результатом предложенного состава является повышение его огнетушащей эффективности. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Аэрозолеобразующий огнетушащий состав, содержащий окислитель - нитрат и/или перхлорат калия, горючее - сажу и связующее - неорганические вяжущие вещества, отличающийся тем, что в качестве горючего он дополнительно содержит идитол при следующем содержании компонентов, мас.%:
Окислитель - 45,0 - 80,0
Горючее:
Сажа - 4,5 - 18,5
Идитол - 0,5 - 1,5
Неорганические вяжущие вещества - 5,0 - 50,0
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит технологические и/или каталитические добавки в количестве 0,1 - 5,0 мас.%. 3. Состав по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве неорганического вяжущего вещества он содержит гипс, и/или жидкое стекло, или различные марки цемента, или их смесь с гипсом и/или жидким стеклом.