ОГНЕГАСИТЕЛЬНАЯ ПЕНА С СОДЕРЖАНИЕМ СИЛОКСАНА Российский патент 2016 года по МПК A62D1/00 

Настоящее изобретение относится к области огнегасительных видов пены или огнегасительных пенных концентратов.

В частности, при возгорании значительных количеств жидких органических химикатов, например разных видов топлива, в воду для тушения обычно добавляют специальные пенообразующие средства. Последние обладают свойствами поверхностно-активных веществ (ПАВ) и в противоположность обычным огнегасительным пенным средствам обеспечивают самостоятельное смачивание поверхности горящего объекта. Поэтому такие огнегасительные виды пены AFFF (Aqueous Film Forming Foums=образующая водную пленку пена) образуют в виде отличительного признака водную пленку на поверхности горящей жидкости. Образующийся при этом паровой барьер затрудняет переход горящей жидкости в газовую фазу, и таким образом огонь поддерживает или образует воспламеняющиеся или взрывоопасные газовые смеси. Присущая пене AFFF способность к смачиванию позволяет пене, кроме того, скользить по поверхности горящей жидкости, вследствие чего достигаются места, на которые не возможно непосредственно подавать огнегасящую пену. Кроме того, после нарушения (например, после обрушения предметов) покрытая пеной поверхность снова самостоятельно смыкается. Также перемещается и действует пленка на участках, на которые пена не может непосредственно проникнуть.

Длительное время перфторолкилсульфонат считался среди таких видов пены качественным средством. Однако ввиду того, что его признали токсичным, стойким и бионакопительным, его применение теперь резко ограничено Директивой Европейского союза №2006/122/EG от 12.12.2006. В Европейском союзе более не разрешается применять огнегасительную пену с содержанием более 50 ч./млн перфторолкилсульфоната. В настоящее время в пене AFFF применяются разные другие полифторированные ПАВ в качестве заменителей полифторолкилсульфоната. В отношении их в настоящее время предполагается, что они не являются бионакопительными или, по меньшей мере, являются таковыми в меньшей степени и не являются токсичными. Однако окончательная оценка пока отсутствует, и принципиальная проблема стойкости полифторированных соединений сохраняется в любом случае.

Следовательно, возникла задача по отысканию альтернативных эффективных огнегасительных пенных концентратов AFFF, в которых содержатся по возможности одинаково действенные, но предпочтительно менее токсичные и свободные от галогенов поверхностно-активные вещества.

Эта задача решается посредством п. 1 формулы настоящего изобретения. В соответствии с ним предложен огнегасительный пенный концентрат с поверхностно-активным веществом, содержащим, по меньшей мере, один замещенный или незамещенный углевод или его производное, а также, по меньшей мере, один олигосилоксан. Слово «содержащий» в данном случае означает, что как углевод или его производное, так и олигосилоксан являются подкомпонентами большой молекулы и оба соединены ковалентными связями с остатком молекулы.

Неожиданно выяснилось, что такие поверхностно-активные вещества пригодны для приготовления образующих водную пленку огнегасительных видов пены, при этом в зависимости от характера применения достигается, по меньшей мере, одно из следующих преимуществ:

- благодаря высокой водорастворимости углеводов общий размер молекулы поверхностно-активных веществ согласно изобретению остается при достаточной растворимости довольно малым; малые молекулы являются в большинстве случаев применения предпочтительными, так как их коэффициенты диффузии выше;

- поверхностно-активное вещество не содержит в себе галогены, в частности фтор, и может широко изготавливаться из воспроизводимых видов сырья;

- поверхностно-активные вещества обеспечивают самостоятельное образование замкнутой водной пленки на поверхности горящего объекта (например, топлива). В качестве парового барьера такая водная пленка препятствует переходу горящей жидкости в газовую фазу и минимизирует тем самым поддержание горения объекта или образование воспламеняющихся или взрывоопасных газовых смесей;

- из-за образования водяной пленки, в частности при возгорании жидкостей, возможно обходиться без поли- или перфторированных соединений.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения поверхностно-активное вещество содержит молекулу, выбранную из группы, состоящей из:

или их смесей, при этом:

A - замещенный или незамещенный углевод или его производное с 1-4 сахарными единицами,

B - оптимальная подструктура Линкера, состоящая, по меньшей мере, из одного атома, или цепочка,

C - олигосилоксан, предпочтительно ди-, три- или тетрасилокеан.

Ниже подробнее рассматриваются подкомпоненты поверхностно-активного вещества, при этом могут произвольно комбинироваться отдельные признаки или данные.

Подкомпонент A

A означает замещенный или незамещенный углевод или его производное с 1-4 сахарными единицами. Предпочтительны моно-, ди- и трисахариды, т.е. одна, две или три сахарные единицы.

Также подкомпонент A или его части могут состоять из производных углевода, как, например, сахарные кислоты (алдоновая, уроновая или алдаровая кислоты), сахарные спирты (алдитолы), аминосахара или циклитолы, а также их простые и сложные эфиры, амиды или сложные тиоэфиры.

Под понятием «сахарная единица» или «углевод» понимаются, в частности, гексозы, пентозы или циклитолы, связанные между собой предпочтительно гликозидом (при наличии дисахаридов или более высоких сахаридов).

Как уже указывалось, углеводы могут быть замещенными и незамещенными, причем незамещенные углеводы являются предпочтительными вследствие повышенной водорастворимости.

Если углеводы являются замещенными, то предпочтительными являются заместители этиленокси, олиго(этиленокси), метила, этила, аллила или ацетила.

Предпочтительными углеводами или их производными в смысле настоящего изобретения являются:

для моносахаридов: глюкоза, глюкозамин, фруктоза, галактоза;

для дисахаридов: мальтоза, изомальтоза, сахароза, целлобиоза, лактоза, трегалоза;

для трисахаридов: раффиноза, мальтотриоза, изомальтотриоза, мальтотриулоза, цицеритол;

для циклитолов: инозит, квебрахитол, пинитол;

для сахарных кислот: глюконовая, глюкороновая, глюкаровая, винная, галактоновая, галактуроновая, галактаровая, манноновая, маннуроновая, маннаровая, фруктоновая, фруктуроновая, фруктаровая, арабиноновая, арабинуроновая, арабинаровая, ксилоновая, ксилуроновая, ксиларовая, рибоновая, рибуроновая, аскорбиновая кислоты;

для алдитолов: сорбитол, ксилитол, маннитол, лактитол, мальтитол, изомальтитол, треитол, эритритол.

Подкомпонент B

B означает оптимальную подструктуру Линкера, состоящую, по меньшей мере, из одного атома, или цепочку, предпочтительно из атома углерода, и/или атомов азота, и/или атомов кислорода (при этом должны быть исключены связи O-O).

Эта цепочка может быть чисто алкильной, т.е. В представляет собой незамещенный или при необходимости алкилзамещенный алкильный остаток.

В качестве альтернативы В может также содержать группы простого эфира, сложного эфира или амида. Так, например, В может содержать глицерин, поли- или олигоэтиленгликоль, поли- или олигопропиленгликоль, пентаэтитрит, алкиламины или карбоновые кислоты в качестве подструктуры.

Предпочтительно B связано с остатком A гликозидом через аномерный атом углерода. Применительно к производному карбоновой кислоты в качестве A возможно соединение между B и A также через связь амидом или сложным эфиром.

С остатком C (силоксаном) B соединено предпочтительно через связь Si-С или Si-O.

Следует указать на то, что при использовании некоторых поверхностно-активных веществ согласно изобретению подкомпонент В может быть опущен, т.е. при необходимости А и С будут связаны между собой непосредственно.

Кроме того, у некоторых поверхностно-активных веществ согласно данному изобретению остаток В-С или С может быть связан с другими региохимическими позициями углевода или его производного А.

Подкомпонент C

С представляет собой олигосилоксан, предпочтительно ди-, три- или тетрасил океан. При этом предпочтительными являются метил- и этилсилоксаны или смешанные силоксаны с остатками метила и этила.

Если С является три- или более высоким силоксаном, то С может быть связано с В (или при необходимости с А) через один из концевых силоксанов (в результате образуется своего рода «сплошная цепочка»), в качестве альтернативы С может быть связано с В (также при необходимости с А) через один из срединных силоксанов, в результате чего образуется своего рода Х- или Т-образная или разветвленная структура. Если С происходит от ди- или тригидросилоксана, то связанные с С подструктуры А-В или А могут быть одинаковыми или разными.

Предпочтительно С имеет следующие структуры:

при этом каждое R, независимо друг от друга, означает этил или метил, n составляет от 0 до 10, предпочтительно от 0 до 5, более предпочтительно 0,1 или 2.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения огнегасительный пенный концентрат содержит дополнительно один или несколько других компонентов: пенообразователь, пленкообразователь, стабилизаторы пленки, антифриз, консервант и антикоррозионное средство, способствующее растворению вещество и буфер.

Ниже подробнее рассматриваются компоненты, при этом отдельные признаки или данные могут сочетаться произвольно.

Пенообразователь

Для улучшения пенообразования могут примешиваться котенсиды. В частности, ими могут быть: линейные алкилбензолсульфонаты, вторичные алкансульфонаты, алкилсульфонаты натрия, α-олефинсульфонаты, сложные эфиры сульфоянтарной кислоты, α-сульфонаты метилового сложного эфира, спиртовые этоксилаты, алкилфенолэтоксилаты, аддукты этиленоксида/пропиленоксида спирта жирного ряда, поверхностно-активные вещества с содержанием гликозида (например, глюкопона, являющегося особо предпочтительным), лаурилсульфаты, лауретсульфаты, соли имидазола, лауриминодипропионат, акриловые сополимеры. Противоионами приведенных в этом перечне анионных поверхностно-активных веществ выступают прежде всего Li⁺, Na⁺, K⁺, $$N{H}_4^{+}$$ , $$N{\left(C_2{H}_5\right)}_4^{+}$$ .

Пленкообразователи и стабилизаторы пленки

Для улучшения свойств пленки и пены в концентрат пенного средства могут примешиваться в числе прочего следующие компоненты: полисахариды, альгинаты, ксантановая смола, производные крахмала.

Антифризы

Для повышения морозостойкости и применяемости при низких температурах в концентрат пенного средства могут добавляться в числе прочего следующие компоненты: этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, 1-пропанол, 2-пропанол, мочевина, неорганические соли.

Консерванты и антикоррозионные средства

Для повышения стойкости при хранении и для защиты тары и аппаратуры для хранения в концентрат пенного средства могут добавляться в числе прочего следующие компоненты: раствор формальдегида, соли алкилкарбоновой кислоты, аскорбиновая кислота, толитриазолы.

Вещества, способствующие растворению

Для повышения растворимости компонентов в концентрат пенного средства могут добавляться в числе прочего следующие компоненты: бутилгликоль, бутилдигликоль, гексиленгликоль.

Буферные растворы

Поверхностно-активные вещества с содержанием силоксана чувствительны при хранении в отношении pH. Поэтому показана буферность концентрата до pH ок. 7. Буферными системами могут быть, например:

дигидрогенортофосфат калия/гидроксид натрия,

три(гидроксиметил)аминометан/соляная кислота,

водород-фосфат динатрия/соляная кислота лимонная кислота/гидроксид натрия,

лимонная кислота/ацетат натрия.

Настоящее изобретение относится также к применению поверхностно-активного вещества, содержащего, по меньшей мере, один замещенный или незамещенный углевод или его производное, а также, по меньшей мере, один олигосилоксан в качестве добавки к огнегасительной пене и/или ее концентратам.

Указанные выше, заявленные и описанные в примерах выполнения, применяемые согласно изобретению конструктивные детали по своему размеру, конфигурации, выбору материала и технической концепции не привязаны к особым исключительным условиям, вследствие чего известные в соответствующей сфере критерии выбора могут применяться без ограничения.

Другие подробности, признаки и преимущества предмета изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и в нижеследующем описании соответствующих примеров, которые не являются ограничительными.

Пример 1

Пример I касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру I, при этом было установлено, что это соединение растекается.

Такую же способность показал раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру 1 и 0,5 г/л SDS (додесилсульфат натрия ?).

Пример II

Пример II касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру II и 0,5 г/л SDS, при этом было установлено, что это соединение растекается.

Аналогичное свойство (правда не совсем столь быстрое растекание) было установлено для раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру II и 0,25 г/л Hansanol NS 242 cone (лауретсульфат натрия 2 ЕО). Также исследовали раствор с содержанием 500 мг/л ПАВ согласно примеру II и 6 г/л Glucopon 215 CS UP (алкилполигликозид с длиной алкильной цепочки от 8 до 10 атомов углерода), при этом было установлено, что он растекается.

Пример III

Пример III касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру III и 0,5 г/л SDS, при этом было установлено, что это соединение растекается очень быстро.

Пример IV

Пример IV касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру IV, при этом было установлено, что это соединение растекается очень быстро.

Такой же способностью обладал раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру IV и 0,5 г/л SDS.

Пример V

Пример V касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру V и 0,5 г/л SDS, при этом было установлено, что это соединение растекается очень быстро.

Пример VI

Пример VI касается поверхностно-активного раствора согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру VI и 0,5 г/л SDS, при этом было установлено, что это соединение растекается очень быстро.

Пример VII

Пример VII касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием ок. 250 мг/л ПАВ согласно примеру VII, при этом было установлено, что это соединение растекается очень быстро. Это же относится и к раствору с содержанием 500 мг/л ПАВ согласно примеру VII и 6 г/л Glucopon 215 CS UP (алкилполигликозид с длиной алкильной цепочки 8-10 атомов углерода).

Пример VIII

Пример VIII касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру VIII и 0,5 г/л SDS, при этом было установлено, что это соединение растекается.

Такое же свойство показал раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру VIII и 6 г/л Glucopon 215 CS UP (алкилполигликозид с длиной алкильной цепочки от 8 до 10 атомов углерода).

Пример IX

Пример IX касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру IX и 0,5 г/л SDS, при этом было установлено, что это соединение растекается.

Такое же свойство показал раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру IX и 6 г/л Glucopon 215 CS UP (алкилполигликозид с длиной алкильной цепочки от 8 до 10 атомов углерода)

Пример X

Пример X касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру X, при этом было установлено, что это соединение растекается. Это же относится и к раствору с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру X и 0,5 г/л SDS.

Такое же свойство показал раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру X и 6 г/л Glucopon 215 CS UP (алкилполигликозид с длиной алкильной цепочки от 8 до 10 атомов углерода).

Пример XI

Пример XI касается поверхностно-активного вещества согласно настоящему изобретению, имеющего следующую структуру:

Исследовали растекаемость раствора с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру XI и 0,5 г/л SDS, при этом было установлено, что это соединение растекается.

Такое же свойство показал раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно примеру XI и 6 г/л Glucopon 215 CS UP (алкилполигликозид с длиной алкильной цепочки от 8 до 10 атомов углерода).

Сравнительные примеры

Для сравнительных примеров были выбраны поверхностно-активные вещества, содержавшие в себе полиэтиленгликолевые единицы вместо углеводных остатков.

Сравнительный пример 1

В качестве сравнительного было выбрано поверхностно-активное вещество, содержавшее полиэитленгликовые единицы вместо углеводных остатков. Оно имело следующую структуру:

Исследовали раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно сравнительному примеру I и 0,5 г/л SDS. Раствор собрался на дне чаши, растекания не отмечено. Такое же свойство проявил раствор с содержанием ПАВ согласно сравнительному примеру 1, но без SDS.

Сравнительный пример II

Для сравнительного примера II было выбрано соединение следующей структуры:

Исследовали раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно сравнительному примеру II и 0,5 г/л SDS. Раствор собрался на дне чаши, растекания не отмечено. Такое же свойство проявил раствор с содержанием ПАВ согласно сравнительному примеру II, но без SDS.

Сравнительный пример III

Для сравнительного примера II было выбрано соединение следующей структуры:

Исследовали раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно сравнительному примеру III и 0,5 г/л SDS. Раствор собрался на дне чаши, растекания не отмечено. Такое же свойство проявил раствор с содержанием ПАВ согласно сравнительному примеру III, но без SDS.

Сравнительный пример IV

Для сравнительного примера IV было выбрано соединение следующей структуры:

Исследовали раствор с содержанием 2 г/л ПАВ согласно сравнительному примеру IV и 0,5 г/л SDS. Раствор собрался на дне чаши, растекания не отмечено. Такое же свойство проявил раствор с содержанием ПАВ согласно сравнительному примеру IV, но без SDS.

Получение гликосидсилоксанов

Приведенные в примерах поверхностно-активные вещества с содержанием силоксана и гликозида могут быть получены в числе прочего из углеводов следующим образом:

8: R₁=R₂-OSiMe₃, R₃=Me 4: R₁=R₂=OSiMe₃, R₃=Me 9: R₁=OSiMe₂OSiMe₃, R₂=R₃=Me 5: R₁=OSiMe₂OSiMe₃, R₂=R₃=Me 10: R₁=OSiMe₃, R₂=R₃=Me 6: R₁=OSiMe₃, R₂=R₃=Me 11: R₁=R₂=R₃=OSiMe₃ 7: R₁=R₂=R₃=OSiMe₃

или

19: R₁=R₂=OSiMe₃, R₃=Me 15: R₁=R₂=OSiMe₃, R₃=Me 20: R₁=OSiMe₂OSiMe₃, R₂=R₃Me 16: R₁=OSiMe₂OSiMe₃, R₂=R₃=Me 21: R₁=OSiMe₃, R₂=R₃=Me 17: R₁=OSiMe₃, R₂=R₃=Me 22: R₁=R₂=OSiMe₃ 18: R₁=R₂=R₃=OSiMe₃

Исследование способности к растеканию

Для проведения исследования способности к растеканию 5 мл циклогексана поместили в чашку Петри диаметром 9 см. Затем добавили одну каплю невспененного раствора поверхностно-активного вещества и наблюдали за тем, будет ли и как растекаться раствор по поверхности циклогексана.

Отдельные комбинации компонентов и признаков в приведенных примерах выполнения являются примерными; замена и подмена решений, содержащихся в данном источнике информации, другими решениями из приведенных источников были тщательно взвешены. Среднему специалисту понятно, что варианты, изменения и другие варианты выполнения, которые здесь были описаны, также возможны без отступления от изобретательского замысла и объема изобретения. Соответственно приведенное выше описание является примерным и не ограничительным. Использованное в формуле изобретения слово «содержать» не исключает другие компоненты и приемы. Неопределенный артикль не исключает применения формы множественного числа. Лишь тот факт, что в отличающихся между собой пунктах формулы изобретения приведены определенные размеры, не означает, что комбинация из этих размеров не может быть использована с пользой. Объем изобретения охарактеризован в приводимой ниже его формуле и соответствующих эквивалентах.

Изобретение относится к огнегасительной пене или ее концентратам, содержащим поверхностно-активное вещество с содержанием углевода и силоксана. При этом поверхностно-активное вещество содержит молекулу, выбранную из группы, содержащей:

или их смеси, при этом: А - замещенный или незамещенный углевод или его производное, содержащее от 1 до 4 сахарных единиц; В - оптимальная подструктура Линкера, состоящая по меньшей мере из одного атома, или цепочка; С - олигосилоксан. Техническим результатом является получение эффективных огнегасительных пенных концентратов, в которых содержатся по возможности одинаково действенные, но предпочтительно менее токсичные и свободные от галогенов поверхностно-активные вещества. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 пр.

1. Огнегасительный пенный концентрат с содержанием поверхностно-активного вещества, содержащего по меньшей мере один замещенный или незамещенный углевод или его производное, а также по меньшей мере один олигосилоксан,
при этом поверхностно-активное вещество содержит молекулу, выбранную из группы, содержащей:


или их смеси, при этом:
А - замещенный или незамещенный углевод или его производное, содержащее от 1 до 4 сахарных единиц;
В - оптимальная подструктура Линкера, состоящая по меньшей мере из одного атома, или цепочка;
С - олигосилоксан.

2. Концентрат по п.1, при этом С означает ди-, три- или тетрасилоксан.

3. Концентрат по п.1, при этом А означает моно-, ди- и трисахарид, сахарную кислоту, аминосахар или циклитол, или простой эфир, сложный эфир, амид или сложный тиоэфир этих соединений.

4. Применение поверхностно-активного вещества, содержащего по меньшей мере один замещенный или незамещенный углевод или его производное, а также по меньшей мере один олигосилоксан в качестве добавки для огнегасительной пены и/или огнегасительных пенных концентратов,
при этом поверхностно-активное вещество содержит молекулу, выбранную из группы, содержащей:


или их смеси, при этом:
А - замещенный или незамещенный углевод или его производное, содержащее от 1 до 4 сахарных единиц;
В - оптимальная подструктура Линкера, состоящая по меньшей мере из одного атома, или цепочка;
С - олигосилоксан.