СОЛЕФРЕОНОВАЯ СУСПЕНЗИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК A62D1/00 A62D1/08 A62C3/00 

Изобретение относится к области огнетушащих средств, используемых для тушения пожаров различных горючих материалов, и способам получения составов и может найти применение в химической промышленности, в производстве огнетушащих средств.

В связи с развитием химии фтора и химической промышленности в качестве средств пожаротушения стали применяться хладоны (галогенуглероды), огнетушащее действие которых основано на их способности ингибировать химические реакции в пламени, за счет чего они обладают большей эффективностью, чем вода, пены, некоторые порошки.

Для поверхностного и объемного тушения применяют газообразные и жидкие хладоны. Высокая плотность хладонов в жидком и парообразном состоянии создает возможность проникновения капель непосредственно в пламя и удержания паров возле очага горения. Низкие температуры замерзания позволяют применять хладоны для тушения в условиях отрицательных температур.

Малая коррозионная активность в сочетании с коротким временем создания огнетушащей концентрации делает хладоны удобными средствами пожаротушения. Преимущество хладонов состоит и в отсутствии электропроводности. Наибольшее применение в пожаротушении нашли следующие хладоны:
СBr₂F₂ - дифтордибромметан (жидкость);
СF₃Br - трифторбромметан (газ);
С₂Сl₃F₃ - 1,2,2-трифтортрихлорэтан (жидкость);
С₂Сl₂F₄ - 1,2-дихлортетрафторэтан (жидкость);
С₂СlBr₂F₃ - 1,1,2-трифтор-1,2-дибромхлорэтан (жидкость);
С₂Вr₂F₄ - 1,2-дибромтетрафторэтан (жидкость).

Низкая объемная огнетушащая концентрация, незначительно уменьшающая концентрацию кислорода в помещении, и сравнительно небольшая токсичность самих хладонов не препятствует присутствию людей в горящем помещении.

Однако в 70-х годах учеными было обнаружено разрушающее действие фреонов на озоновый слой и в дальнейшем был принят ряд правовых документов, направленных на защиту озонового слоя. В них предусмотрено сокращение производства хладонов, в том числе и тех, которые являются эффективными средствами пожаротушения. В дальнейшем для отдельных стран, в частности России, были сделаны исключения, снимающие запрет на использование некоторых хладонов. К тому же не все ученые уверены, что именно фреоны разрушают озоновый слой. Некоторые из них считают, что вклад галогенуглеродов в этот процесс составляет не более 30%, другие полагают, что главная причина озонового дефицита в стратосфере связана с атмосферными процессами, всплесками солнечной активности.

По международным соглашениям 1987-1997 гг. политика в отношении хладонов для целей пожаротушения несколько смягчилась. Наработанные хладоны могут использоваться в системах пожаротушения без ограничения. (А.Я.Корольченко. Справочник. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. М.: Пожнаука, 2000, с. 85). В этой связи должны быть ужесточены требования по эксплуатации хладоновых установок пожаротушения и более эффективно проводить регенерацию хладонов для повторного применения.

В таблице 1 приведены некоторые свойства хладонов, применяемых и возможных для применения в качестве пожаротушащих средств.

В справочнике под редакцией А.Н.Баратова и А.Я.Корольченко (М.: Химия, 1990, с. 103-107) в качестве рекомендованных средств для объемного тушения различных веществ и материалов из 12 наименований в девяти является хладон 114В2, а именно
- неполярные, углеводородные жидкости (в т.ч. нефтепродукты);
- полярные углеводородные жидкости (спирты, ацетон, эфир и др.);
- твердые углеродистые и целлюлозные материалы (древесина, бумага, каучуки, пластмассы, хлопок и др.);
- пыли органических материалов (пластмасс, красителей и др.);
- кремнийорганические соединения, мономеры (в том числе органохлорсиланы);
- кремнийорганические соединения, полимеры;
- углеводородные газы (в том числе сжиженные);
- водород;
- щелочные металлы (натрий, калий и др.).

В качестве основы огнетушащих порошкообразных составов используются простые неорганические соли - карбонаты, бикарбонаты, фосфаты, сульфаты, хлориды и др. А также применяют смеси солей. Для обеспечения необходимых свойств в огнетушащие порошки вводятся специальные добавки. В большинстве случаев тушение пожаров порошковыми составами происходит за счет следующих факторов:
- разбавления горючей среды газообразными продуктами разложения порошков;
- охлаждения зоны реакции за счет нагрева частиц порошка с последующим разложением и испарений;
- ингибирования химической реакции в пламени.

В таблице 2 представлены свойства неорганических солей, наиболее используемых в качестве активной основы в огнетушащих составах.

Из таблиц 1 и 2 следует, что плотность фреонов (хладонов) и удельные веса порошков - активной основы находятся в одинаковом диапазоне, а именно от 1,456 до 2,267 г/см³ для фреонов и от 1,586 до 2,200 г/см³ для порошков.

Известен порошок СИ-2, изготовляемый по ТУ 38-10877, состоящий из крупнопористого силикагеля, насыщенного жидким 1,2-дибромтетрафторэтаном - С₂Вr₂F₄. Массовое соотношение компонентов 1:1. Размер частиц порошка до 2 мм, насыпная плотность ~ 10³ кг•м^-3. Этот порошок применяется для тушения пожаров металлорганических соединений, характеризующихся отрицательными температурами самовоспламенения, а также для тушения обычных ЛВЖ (нефтепродуктов).

К недостаткам порошка относятся способность тонуть в горящих жидкостях, постепенное улетучивание жидкого компонента из состава из-за недостаточной герметизации оборудования для хранения.

Известен состав для тушения пожаров в виде минерально-водяной суспензии, состоящей из жидкого стекла, глины и воды (патент RU 2098158), предназначенный преимущественно для тушения лесных пожаров.

Наиболее близким аналогом является пламегасящий состав для тушения пожаров по патенту 5055208 (США), отличающийся низким потенциалом разрушения озона, и представляет собой безводную смесь порошкообразного пламегасителя (предпочтительней является смесь бикарбоната и бората натрия) и органической жидкости - реагента бромдихлорметана или дихлортрифторэтана, приготовленную в виде тиксотропного геля. В качестве гелеобразующего агента рекомендуется смесь SiO₂/Al₂О₃. Там же описан способ приготовления из активной минеральной основы и органической жидкости.

Технической задачей является получение огнетушащих составов в виде суспензий, в качестве дисперсионной среды которых применяются фреоны, а дисперсной фазы - активная основа. Возможность приготовления суспензий в широком диапазоне соотношений жидкой и твердой фаз позволяет получать их с различной вязкостью (текучестью) от водо- до сметаноподобных консистенций. Вязкость суспензии будет зависеть не только от соотношения фаз, но и от размера частиц активной основы и температуры. Все это позволяет повысить огнетушащую способность суспензии.

Данный технический результат достигается тем, что солефреоновая суспензия для тушения пожаров, включающая активную минеральную основу и органическую жидкость, согласно изобретению содержит дополнительно диспергирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Активная основа - 10,0 - 50,0
Органическая жидкость - 48,5 - 89,6
Диспергирующая добавка - 0,4 - 1,5
Солефреоновая суспензия в качестве диспергирующей добавки содержит лецитин.

Солефреоновая суспензия в качестве активной основы содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия.

Солефреоновая суспензия в качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси.

Данный технический результат и повышение устойчивости суспензии достигается также способом получения солефреоновой суспензии для тушения пожаров путем приготовления ее из активной минеральной основы и органической жидкости, в котором согласно изобретению вводят диспергирующую добавку.

Диспергирующая добавка, предварительно растворенная в небольшом количестве фреона или смеси фреонов, вводится в выбранное количество жидкой фазы.

Минеральная активная основа содержит частицы размером 0,5-1000 мкм.

Диспергирующая добавка вводится в количестве 0,4-1,5 мас.% с учетом размера частиц твердой фазы.

В качестве активной основы суспензия содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия.

В качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси.

Органическую жидкость с диспергирующей добавкой и минеральную активную основу берут равной плотности и смешивают до получения суспензии.

В зависимости от температуры смешения вводят поправку на плотность органической жидкости.

Суспензия содержит активную основу от 10 до 50 мас.%.

На фиг. 1 приведены величины плотностей фреонов и удельных весов солей (активной основы), применяемых в пожаротушении. Так, для фреона 114В2 - С₂Br₂F₄ с плотностью 2,163 г/см³ в качестве дисперсной фазы можно брать КНСО₃ и NaCl с удельными весами 2,170 и 2,165 г/см³ соответственно.

Поскольку фреоны хорошо смешиваются между собой в любых соотношениях, то взяв, например, фреон 113 с плотностью 1,576 г/см³ и фреон 114В2 с плотностью 2,163 г/см³ и смешав их в определенных соотношениях, можно получить промежуточные плотности, соответствующие удельным весам солеактивной основы.

На фиг. 2 приведена расчетная линия плотностей для определения соотношения фреонов, которое по плотности соответствует удельному весу требуемой активной основы. Так, для приготовления суспензии с активной основой KCl соотношение фреона 113 и фреона 114В2 должно быть 30:70, а для NH₄H₂PO₄ - 60: 40.

При приготовлении суспензии необходимо учитывать температуру. Зависимость плотности фреонов от температуры приведена на фиг.3, откуда следует, что изменение температуры на 10^oС увеличивает (снижает) плотность на 0,02-0,03 г/см³.

Размер частиц измельченного сухого порошка (активной основы) для приготовления суспензии может быть от 0,5 до 1000 мкм. В зависимости от размеров частиц твердой фазы неоднородные системы разделяются на грубые суспензии (размер частиц более 100 мкм) и тонкие суспензии (размер частиц от 0,5 до 100 мкм). Устойчивость дисперсной системы характеризуется неизменностью во времени ее основных параметров: дисперсности и равновесного распределения дисперсной фазы в среде. Потеря устойчивости системы может быть вызвана объединением частиц, приводящим к коагуляции дисперсной фазы. Такое объединение частиц силами молекулярного притяжения может привести к образованию сплошной структурированной системы, обладающей фазовой устойчивостью.

Управляют структурообразованием посредством добавления веществ, модифицирующих поверхность. Такой диспергирующей добавкой для неводных сред является лецитин растительный - сложный эфир глицерина, фосфорной и жирной кислот:
RСОООСН₂CH(OOCR)CH₂OP(OH)OOCH₂CH₂N(ОН)(СН₃)₃.

В зависимости от среднего диаметра частиц или удельной поверхности порошка количество лецитина для получения стабильной суспензии берется с учетом данных таблицы 3.

Способ получения огнетушащего средства заключается в том, что выбирают активную основу (например, одну из приведенных в таблице 2), высушенную и измельченную с определенным размером частиц (удельной поверхности) и по удельному весу (фиг. 1, 2) подбирают соответствующую дисперсионную среду (фреон или смесь фреонов). Необходимое количество фреона загружается в емкость или цистерну автомобиля, затем добавляется приготовленный раствор лицитина во фреоне и осуществляется перемешивание мешалкой, либо циркуляция насосом, после чего вводится требуемое количество активной основы (соотношение жидкой и твердой фаз может быть выбрано из таблицы 3. Образцы 3, 7, 11, 14, 18, 21, 24, 28, 31, 35, 38, 42, 45, 49 представляют собой хорошо текучую суспензию с содержанием твердых от 30 до 50%. Увеличение содержания жидкой фазы будет способствовать созданию еще более текучей системы) и повторяется перемешивание, после чего суспензия готова к применению.

Для повышения огнетушащей способности можно применять распыленную или тонкораспыленную суспензию (в случае, если размер частиц твердой фазы менее 50 мкм), а также компактные струи (при высоких концентрациях твердой фазы). Для повышения смачивающей и проникающей способности фреонов вводится поверхностно-активная добавка - лецитин, снижающая поверхностное натяжение дисперсионной фазы.

В зависимости от выбора активной основы солефреоновые суспензии могут применяться для тушения пожаров различных классов.

Солефреоновая суспензия предназначена для тушения различных классов пожаров. Она содержит минеральную основу, органическую жидкость и диспергирующую добавку при определенном соотношении компонентов. В качестве диспергирующей добавки она содержит лецитин. В качестве активной основы она содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия. В качестве органической жидкости она содержит, по крайней мере, один из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси. Способ получения солефреоновой суспензии включает приготовление ее из активной минеральной основы, органической жидкости и диспергирующей добавки. Последнюю предварительно растворяют в небольшом количестве фреона или смеси фреонов и вводят в выбранном количестве жидкой фазы. Техническим результатом является повышение огнетушащей способности. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Солефреоновая суспензия для тушения пожаров, включающая активную минеральную основу, органическую жидкость, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно диспергирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Активная основа - 10,0-50,0
Органическая жидкость - 48,5-89,6
Диспергирующая добавка - 0,4-1,5
2. Солефреоновая суспензия по п.1, отличающаяся тем, что она в качестве диспергирующей добавки содержит лецитин. 3. Солефреоновая суспензия по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве активной основы она содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия. 4. Солефреоновая суспензия по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси. 5. Способ получения солефреоновой суспензии для тушения пожаров путем приготовления ее из активной минеральной основы, органической жидкости, отличающийся тем, что в нее вводят диспергирующую добавку. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что диспергирующая добавка, предварительно растворенная в небольшом количестве фреона или смеси фреонов, вводится в выбранное количество жидкой фазы. 7. Способ по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что минеральная активная основа содержит частицы размером 0,5-1000 мкм. 8. Способ по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что диспергирующая добавка вводится в количестве 0,4-1,5 мас.% с учетом размера частиц твердой фазы. 9. Способ по любому из пп.5-8, отличающийся тем, что в качестве активной основы суспензия содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия. 10. Способ по любому из пп.5-9, отличающийся тем, что в качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси. 11. Способ по любому из пп.5-10, отличающийся тем, что органическую жидкость с диспергирующей добавкой и минеральную активную основу берут равной плотности и смешивают до получения суспензии. 12. Способ по любому из пп.5-11, отличающийся тем, что в зависимости от температуры смешения вводят поправку на плотность органической жидкости. 13. Способ по любому из пп.5-12, отличающийся тем, что суспензия содержит активную основу от 10 до 50 мас.%.