СОСТАВ ТЕРМОСТОЙКОЙ ПЕНЫ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА АЦЕТОНА Российский патент 2015 года по МПК A62D1/02 

Изобретение относится к пенным средствам профилактики и тушения пожаров и может быть использовано для получения термостойкой пены с включением в состав полиметилсилоксана (ПМС), в качестве альтернативы применения фторсодержащих поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Известно, что вода и мицеллообразующие поверхностно-активные вещества являются основными составляющими огнетушащих пенообразующих составов. Для повышения эффективности борьбы с огнем в пенообразующие составы включают различные добавки, в том числе полимерные наполнители и фторсодержащие ПАВ, улучшающие качество огнетушащей пены и расширяющие область ее практического применения.

Согласно национальному стандарту ГОСТ Р 50588-2012. ПЕНООБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ. Общие технические требования и методы испытаний [1] -пенообразователи подразделяются на:

1. Пенообразователи общего назначения, используемые для получения пены различной кратности и растворов смачивателей при тушении горючих жидкостей, твердых горючих материалов, волокнистых и тлеющих веществ, для защиты строительных конструкций, технологических аппаратов и хранящихся материалов от воздействия тепловых потоков. По химическому составу пенообразователи общего назначения классифицируются как синтетические углеводородные типа S.

2. Пенообразователи целевого назначения, используемые в основном при тушении нефти, нефтепродуктов, полярных и водорастворимых горючих жидкостей. По химическому составу пенообразователи целевого назначения подразделяют на синтетические углеводородные типов - S, S/AR, синтетические фторсодержащие типов -AFFF, AFFF/AR, AFFF/AR-LV, фторпротеиновые типов - FP, FFFP, FP/AR и FFFP/AR.

Недостатками пенообразователей общего назначения являются следующие.

Невозможность их применения на пожарах на пресной воде с повышенной жесткостью или с морской водой. Согласно действующим рекомендациям [2], использование морской воды и пресной воды с повышенной жесткостью (более 30 мг-экв./дм³) для получения пены из пенообразователей общего назначения в целях пожаротушения запрещено.

Невозможность применения пены в качестве профилактического средства предупреждения пожаров из-за низкой устойчивости пены к самопроизвольному разрушению. Основным средством тушения жидких нефтепродуктов является пена средней кратности. Пена низкой кратности менее эффективна (в 2-4 раза), особенно при тушении жидкостей с низкой температурой кипения. Практическое использование пены по существу ограничено применением в стационарных установках пенного тушения пожаров в резервуарах, так как дальность подачи среднекратной и высокократной пены не превышает 3-5 м.

Невозможность их применения при тушении пожаров водорастворимых и полярных органических жидкостей (спирты, эфиры, кислоты, кетоны, фенолы и т.д.) вследствие мгновенного разрушения пены.

Недостатками пенообразователей целевого назначения (с фторсодержащими ПАВ) являются следующие.

Проблемы экологии, связанные с применением фторированных пенообразователей (их токсичность, канцерогенность), обсуждаемые в США и европейских странах, требуют решения и в России. Все фторированные ПАВ, входящие в состав пенообразователей, - биологически неразлагаемые продукты, которые попадают в почву и водоемы и, не подвергаясь биораспаду бактериями на очистных сооружениях, способны накапливаться и наносить невосполнимый вред окружающей среде.

Высокоэффективные фторсодержащие пенообразователи следует применять в контролируемых условиях на тех объектах, где нельзя без них обойтись.

Израсходованный на тушение пожара пенообразователь должен быть собран и отправлен на завод для переработки или на полигон химических отходов [2].

Альтернативой применения фторсодержащим ПАВ могут стать полиметилсилоксаны (ПМС).

ПМС обладают отличным разделяющим действием, обусловленным их исключительной текучестью и связанной с нею способностью легко образовывать пленки на самых разных поверхностях.

Для ПМС характерны: химическая инертность, низкое поверхностное натяжение - способность подавлять пенообразование, водоотталкивающие и диэлектрические свойства.

ПМС взрывобезопасны, трудно горючи, экологически безопасны. Не имеют вкуса и запаха. Стабильные при хранении и использовании.

ПМС имеют очень малый коэффициент поверхностного натяжения и хорошие смачивающие свойства.

Как и все олигоорганосилоксаны ПМС гидрофобны.

Наиболее близким к изобретению по составу и достигаемому результату является патент RU №2328325 С2 - Концентрированный стабилизатор термостойкой пены для тушения пожаров. Опубликовано: 10.07.2008, бюл. №19, принятый за прототип.

Пенообразующий состав рабочего раствора включает, мас. %: 0,6 - Al₂(ОН)₅Cl; 0,2 - (NH₄)₂SO₄; 0,27 - СН₃СООН; 0,4 - ПАВ; остальное вода.

Состав низкократной пены может быть использован с природной водой любой степени жесткости и солевым содержанием при профилактике и тушении пожаров, отличается высокой устойчивостью пены к самопроизвольному разрушению и термической устойчивостью к открытому пламени.

Недостатком состава является невозможность его применения при тушении пожаров водорастворимых и полярных органических жидкостей.

Названных недостатков лишен состав термостойкой пены с ПМС, рабочий раствор которого включает, мас. %:

Оксихлорид алюминия, Al₂(OH)₅Cl 0,50 Сульфат аммония, (NH₄)₂SO₄ 0,20 Поверхностно-активное вещество,   NaOSO₃-R, где R=C₇-C₉ 0,40 Уксусная кислота, СН₃СООН 0,02 Полиметилсилоксан ПМС 200/0,65 0,03 Вода Остальное.

Для получения и испытания составов были использованы следующие вещества:

Ацетон, ГОСТ 2768;

Оксихлорид алюминия (ОХА), Al₂(ОН)₅Cl, ТУ 216-350-002-39928758-02;

Алкилсульфат натрия, NaOSO₃-R(45%), где R=C₇-C₉;

Сульфат аммония, ТУ 113-03-10-18-91;

Полиметилсилоксан, ПМС 200/0,65 - Производство DOW CORNING®;

Уксусная кислота, ГОСТ 19814;

Вода: питьевая или модель морской воды по рекомендациям [2].

Стандартные испытания термостойкой пены проводят в соответствии с ГОСТ P 50588-2012. ПЕНООБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ / Общие технические требования и методы испытаний / [1] и ПОРЯДОК ПРИМЕНЕНИЯ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ: Рекомендации / М.: ВНИИПО, 2007. - 59 с. [2].

В сравнительных испытаниях были применены два концентрата.

1. Оксихлорид алюминия (ОХА) водный раствор которого содержит 34%. вес Аl₂(ОН)₅Сl.

2. Пенообразователь на основе алкилсульфата натрия - 44,0% (ПАВ), сульфат аммония - 19,4%, полиметилсилоксан ПМС 200/0,65-3,0%, уксусная кислота - 1,5%, вода - остальное до 100. Плотность пенообразователя = 1,14. pH=6,0. Температура замерзания минус 13°С.

Предварительные испытания пены низкой кратности из этого пенообразователя на ацетоне, в соответствии с методиками [2], дали отрицательные результаты. Пена мгновенно разрушалась и не накапливалась на поверхности ацетона.

Ниже приведены примеры использования бинарных систем, которые в аналогичных испытаниях дали положительные результаты.

Пример 1.

К 1.5 мл концентрата оксихлорида алюминия (1), прибавляют 97,5 мл питьевой воды, а затем при перемешивании прибавляют 1,0 мл концентрированного пенообразователя (2). Раствор молочного цвета содержит: 0,50 г Аl₂(ОН)₅Сl; 0,40 г ПАВ; 0,19 г (NH₄)₂SO₄; 0,02 г СН₃СООН; 0,03 г ПМС 200/0,65; остальное вода до 100.

Раствор переносят в стакан смесителя РТ-1 и при скорости 4000 оборотов в минуту выдерживают 30 секунд. Образовавшаяся пена имеет кратность - 5,0; Устойчивость к полураспаду - 90 мин. Отсек на уровне 50 мл далее сохраняется 420 мин.

Испытание свежеприготовленной пены на поверхности ацетона показывает незначительное разрушение пены даже при перемешивании. Пена также предотвращает воспламенение ацетона при воздействии открытого пламени.

Пример 2.

Пример 2 отличался от примера 1 лишь использованием не пресной, а морской воды. При этом заметных различий не наблюдается.

Пример 3.

Пример 3 отличался от примера 1 лишь использованием меньшего соотношения компонентов (1) и (2).

1,0 мл концентрата оксихлорида алюминия (1) разбавляют 98 мл питьевой воды, а затем при перемешивании добавляют 1 мл концентрированного пенообразователя (2). Молочного цвета жидкость включает: 0,34 г Аl₂(ОН)₅Сl; 0,40 г ПАВ; 0,19 г (NH₄)₂SO₄; 0,02 г СН₃СООН; 0,03 г ПМС 200/0,65; остальное вода до 100.

При соответствующем режиме получения пены - кратность пены 5,0; устойчивость к полураспаду 30 минут. Далее разрушения пены не наблюдается еще 540 мин, а затем происходит медленное накопление отсека.

Испытание свежеприготовленной пены на ацетоне не отличается от примера 1 и показывает ее длительную устойчивость на поверхности. Слой пены 3,5 см не позволяет воспламениться ацетону даже при воздействии острого пламени паяльной газовой горелки.

Пример 4.

Пример 4 отличался от примера 3 лишь использованием морской воды. Заметных различий при холодных испытаниях и воздействии открытого пламени также не наблюдается.

В таблице приведены сравнительные данные оптимальных, комбинированных составов прототипа и предлагаемого.

Состав Компоненты, % вес. в растворе^x Разрушение пены на ацетоне Al₂(ОН)₅Cl (NH₄)₂SO₄ ПАВ ПМС Прототип 0.60 0.20 0.40   Разрушается Предлагаемый 0,50 0,20 0,40 0,03 Не разрушается ^x Остальное вода

Как следует из данных таблицы, предлагаемый состав пены по основным показателям мало отличается от прототипа, при этом включение в состав 0,03% ПМС качественно меняет свойство пены. Пена практически не разрушается на ацетоне не в холодных опытах ни при воздействии на пену открытого пламени.

Время тушения ацетона предлагаемым составом пеной низкой кратности, при интенсивности 0,10 дм³/м²с² на ацетоне составило около - 90 секунд, что по огнетушащей эффективности не уступает использованию пены средней кратности, с концентрацией пенообразователя в рабочем растворе - 6%, полученной из известного фторсодержащего пенообразователя «Нижегородский AFFF универсальный» и других фторсодержащих пенообразователей.

Предлагаемый состав термостойкой пены, как и прототип, отвечает всем требованиям экологии применения пенообразователей на пожарах, а включение в состав ПМС 200/0,65 соответствует решению поставленной задачи. Применение ПМС в пенообразующих составах может стать альтернативой использования фторсодержащих ПАВ.

Изобретение может быть использовано для профилактики и тушения пожара ацетона и полярных органических жидкостей пеной. Состав рабочего раствора пенообразователя готовят на пресной и морской воде при следующем содержании компонентов, мас.%: оксихлорид алюминия - 0,50; сульфат аммония - 0,20; поверхностно-активное вещество на основе алкилсульфата натрия - 0,40; уксусная кислота - 0,02; полиметилсилоксан ПМС 200/0,65 - 0,03; вода - остальное. Состав может быть использован с природной водой любой степени жесткости и солевым содержанием при профилактике и тушении пожаров, отличается высокой устойчивостью пены к самопроизвольному разрушению и термической устойчивостью к открытому пламени, позволяет исключить использование фторированных ПАВ, являющихся опасными загрязнителями водной среды. 1 табл., 4 пр.

Состав термостойкой пены для тушения пожара ацетона, включающий оксихлорид алюминия, сульфат аммония, поверхностно-активное вещество, уксусную кислоту и воду, отличающийся тем, что состав содержит поверхностно-активное вещество на основе алкилсульфата натрия (NaOSO₃ - R, где R=C₇-C₉) и дополнительно содержит полиметилсилоксан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксихлорид алюминия, Al₂(OH)₅Cl 0,50 Сульфат аммония, (NH₄)₂SO₄ 0,20 Поверхностно-активное вещество,   NaOSO₃-R, где R=C₇-C₉ 0,40 Уксусная кислота, СН₃СООН 0,02 Полиметилсилоксан ПМС 200/0,65 0,03 Вода Остальное