ПЛАМЕГАСЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ СОЛЕЙ МЕДИ Российский патент 2017 года по МПК A62D1/06 

По данной заявке испрашивается приоритет от 16 августа 2011 по дате подачи китайской патентной заявки 201110235064.6, полное содержание которой включено в текст данного описания посредством ссылки.

Область техники

Данное изобретение относится к борьбе с пожарами и технологии пожаротушения, а конкретно относится к аэрозольной пламегасящей композиции.

Уровень техники

Широко известные Венская Конвенция и Монреальская Конвенция по защите озонового слоя и устранению веществ, истощающих озоновый слой, были подписаны большинством стран в мире в интервале от 1985 до 1987 гг. На этом фоне хладоновые средства пожаротушения, способные повреждать озоновый слой, были запрещены в развитых странах Европы и Америки и исключены также и в других странах. В 1992 г. Государственная программа снятия с производства веществ, которые обедняют озоновый слой, была составлена в Китае. Индустрия пожаротушения Китая выполнила задание по исключению хладона 1211 к 31 декабря 2005 г. Производство хладона 1301 было остановлено с 1 января 2006 г., и применение хладона было полностью прекращено в конце 2010 г. Таким образом, во всех странах в последние годы одним из наиболее важных направлений исследований является поиск нетоксичных, безвредных продуктов, заменяющих хладоновые средства пожаротушения, и технологий, обладающих высокой эффективностью пожаротушения и не повреждающих атмосферный озоновый слой. Существуют три основных продукта, заменяющих хладон, которые были исследованы и широко производятся: средства пожаротушения на основе галогенированных углеводородов, средства пожаротушения на основе инертного газа и аэрозольные средства пожаротушения. Аэрозольные средства пожаротушения представляют собой вид новых нетоксичных безвредных средств пожаротушения, которые обладают чрезвычайно высокой эффективностью пожаротушения и низкими затратами на производство и оборудование, с нулевым потенциалом истощения озонового слоя и отсутствием твердых остатков. В связи со срочной задачей исключения хладона, одной из заменяющих хладон технологий, которые были очень заметны в последние десять лет, стала аэрозольная технология пожаротушения, которую в значительной степени поддерживает правительство и которая отвечает требованиям рынка.

Аэрозольное средство пожаротушения состоит из окислителя, восстанавливающего агента, регулятора скорости горения и адгезива, и в основном оно включает аэрозольное средство пожаротушения S-типа и аэрозольное средство пожаротушения К-типа; и основные механизмы пожаротушения являются следующими: 1) поглощение тепла и снижение температуры; 2) химическое ингибирование; 3) объемное пожаротушение; 4) изоляция, при этом основным является химическое ингибирование. Хотя аэрозольное средство пожаротушения имеет явные преимущества в показателях эффективности пожаротушения, условий хранения, затрат по разработке и созданию новой продукции, обслуживания и управления, токсичности, опасности вторичного возгорания, защиты окружающей среды, концентрации пламегасящего вещества и т.д., окислительно-восстановительная реакция аэрозольного средства пожаротушения высвобождает большое количество газов и активных частиц, в то же время выделяя большое количество тепла, что создает недостатки в использовании аэрозольных средств пожаротушения. Чтобы эффективно снизить температуру устройства и аэрозоля и избежать вторичного возгорания, к устройству пожаротушения необходимо добавить систему охлаждения. Чисто физическое охлаждение может приводить к усложненной и тяжелой конструкции устройства, усложненным процессам изготовления и высокой стоимости. Кроме того, система охлаждения дезактивирует большое количество активных частиц, таким образом значительно ухудшая характеристики пожаротушения. Кроме того, из-за рабочих характеристик охлаждения, температура сопла для существующих аэрозольных пламегасящих продуктов обычно является слишком высокой, что может быть опасно для оператора.

Краткое описание изобретения

Чтобы решить технические проблемы аэрозольных средств пожаротушения существующего уровня техники, данное изобретение обеспечивает пламегасящую композицию, которая обладает высокой эффективностью пожаротушения, является безопасной и надежной, а также более безопасной для окружающей среды.

Техническое решение, используемое в данном изобретении для решения технических проблем, заключается в следующем:

пламегасящая композиция на основе солей меди отличается тем, что она содержит соединение, выбранное из солей меди и огнезащитный компонент в следующих массовых отношениях, соответственно:

от 30% до 95% соединения, выбранного из солей меди

от 5% до 70% огнезащитного компонента.

В качестве источника тепла и источника энергии в пламегасящей композиции используют пиротехнический агент, который после его поджига сгорает с получением высокой температуры, чтобы обеспечить протекание реакции разложения композиции для обеспечения возможности распыления большого количества полученных в результате реакции пламегасящих веществ с целью пожаротушения, при одновременном снижении температуры сопла посредством эндотермической реакции.

В пламегасящую композицию по данному изобретению, в качестве основного компонента, можно дополнительно ввести добавку, которая может быть выбрана из гидроксипропилметилцеллюлозы, адгезива на основе ацеталя, стеарата магния или порошка талька, или их сочетания, и массовое содержание добавки составляет более 0, но не выше 10%, предпочтительно от 1% до 5%.

Пламегасящая композиция на основе солей меди включает органическое соединение меди или неорганическое соединение меди, или их сочетание, при предпочтительном содержании, в массовых процентах, от 60% до 90%, предпочтительно, от 80% до 90%, и температура плавления органического соединения меди, или неорганического соединения меди, или их сочетания, составляет более 100°C, а температура разложения составляет более 200°C, и продукт разложения пламегасящей композиции обладает способностью пожаротушения. Такую пламегасящую композицию нагревают до разложения, чтобы генерировать большое количество пламегасящего вещества, которое распыляют совместно с пиротехническим агентом для достижения эффекта пожаротушения.

Органическое соединение меди может представлять собой ацетат меди, оксалат меди, олеат меди, линолеат меди, стеарат меди, цитрат меди, тартрат меди, медную соль 2-гидроксибутандикислоты, бензоат меди или салицилат меди, или их сочетания; неорганическое соединение меди может представлять собой карбонат меди, сульфат меди, нитрат меди, хлорид меди, гидроксид меди, сульфит меди, основной карбонат меди или тиосульфат меди, или их смесь.

Чтобы повысить эффект пожаротушения, пламегасящая композиция включает огнезащитный компонент. Температура разложения огнезащитного компонента составляет более 100°C, и огнезащитный компонент в процессе разложения может выделять CO₂, N₂ и H₂O, действующие как ингибиторы горения, и газообразные, жидкие, твердые соединения, включающие активные соединения и т.д., способные захватывать свободные радикалы для тушения пламени; и массовое содержание огнезащитного компонента составляет от 5% до 70%, предпочтительно, от 5% до 40%, а особенно предпочтительно, от 5% до 15%.

Огнезащитный компонент может быть выбран из неорганического огнезащитного состава, огнезащитного состава на основе галогена, огнезащитного состава на основе фосфора или огнезащитного состава на основе азота, или их сочетание.

Механизм ингибирования пламени эффективной пламегасящей композицией по данному изобретению заключается в следующем: при эксплуатации, в качестве источника тепла и источника энергии выбран пиротехнический агент; посредством поджига пиротехнического агента пламегасящая композиция может подвергаться реакции дегидратации и охлаждаться при высокой температуре, а затем далее разлагаться и высвобождать пламегасящее вещество под действием высокой температуры, создаваемой горением пиротехнического агента. Пламегасящее вещество может реагировать с одним или более свободных радикалов, выбранных из О⋅, ОН⋅, Н⋅, которые необходимы для протекания цепной реакции горения с участием свободных радикалов, что приводит к прерыванию цепной реакции горения, а также оно может снижать парциальное давление кислорода посредством физического эффекта для ингибирования пламени, или оно может одновременно обеспечивать физический и химический ингибирующие эффекты, с помощью совместного действия которых реализуют пожаротушение; кроме того, оно может обеспечивать синергетический эффект совместно с пиротехническим агентом для дополнительного повышения эффективности пожаротушения, что значительно сокращает эффективное время пожаротушения. По сравнению с традиционными пламегасящими композициями, данное изобретение может обеспечить более эффективную и безопасную пламегасящую композицию.

Пламегасящая композиция на основе солей меди, являющаяся предметом данного изобретения, обладает следующими основными преимуществами:

во-первых, при нагревании до высокой температуры пламегасящая композиция на основе солей меди по данному изобретению может поглощать тепло и быстро разлагаться, и поглощение тепла может приводить к эффективному и быстрому снижению количества теплоты, выделяемой при горении пиротехнического агента, и таким образом, значительно снижается температура сопла устройства пожаротушения и распыляемого вещества, избегают применения усложненной системы охлаждения устройства пожаротушения, а также устраняют опасность вторичного возгорания; кроме того, в момент нагревания пламегасящая композиция высвобождает большое количество эффективного пламегасящего вещества, которое в основном включает жидкость или твердые частицы; благодаря синергетическому действию различных частиц, время пожаротушения значительно сокращается;

во-вторых, к пламегасящей композиции по данному изобретению можно дополнительно добавить огнезащитный состав; в результате эффекта ингибирования горения, оказываемого продуктом разложения, огнезащитный состав может снижать вероятность повторного возгорания источника пламени и дополнительно повышать эффект пожаротушения пламегасящего состава;

в-третьих, пламегасящую композицию на основе солей меди по данному изобретению легко перерабатывать и формовать, и ее можно использовать отдельно или в сочетании с физическим охлаждающим средством;

в-четвертых, пламегасящую композицию по данному изобретению легко хранить в течение длительного времени, при стабильных эксплуатационных характеристиках, отсутствии токсичности и высокой степени безопасности для окружающей среды.

Подробное описание изобретения

Далее пламегасящая композиция на основе солей меди по данному изобретению дополнительно описана в сочетании с экспериментальными примерами.

Пламегасящая композиция на основе солей меди по данному изобретению в основном включает соединение, выбранное из солей меди, и огнезащитный компонент; при этом соединение, выбранное из солей меди, в основном включает органическое соединение меди или неорганическое соединение меди, или их сочетание, и имеет предпочтительную температуру плавления более 100°C, температуру разложения более 200°C, и продукт разложения обладает способностью пожаротушения; при использовании пламегасящей композиции на основе солей меди предпочтительно массовое содержание указанного соединения составляет от 30% до 95%, предпочтительно, от 80% до 90%, и огнезащитный компонент в основном включает неорганический огнезащитный состав, огнезащитный состав на основе галогена, огнезащитный состав на основе фосфора или огнезащитный состав на основе азота, или их сочетание, и его массовое содержание составляет от 5% до 70%, предпочтительно, от 5% до 40%, а особенно предпочтительно, от 5% до 15%. В качестве источника тепла и источника энергии в пламегасящей композиции используют пиротехнический агент, который после его поджига сгорает с получением высокой температуры, чтобы обеспечить протекание реакции разложения композиции для обеспечения возможности распыления большого количества полученных в результате реакции пламегасящих веществ с целью пожаротушения. В то же время, пламегасящая композиция может поглощать часть тепла посредством эндотермической реакции, что приводит к эффективному снижению температуры сопла.

Органическое соединение меди может быть выбрано из ацетата меди, оксалата меди, олеата меди, линолеата меди, стеарата меди, цитрата меди, тартрата меди, медной соли 2-гидроксибутандикислоты, бензоата меди или салицилата меди, или их смеси; неорганическое соединение меди может представлять собой карбонат меди, сульфат меди, нитрат меди, хлорид меди, гидроксид меди, сульфит меди, основной карбонат меди или тиосульфат меди, или их смесь.

Чтобы улучшить рабочие характеристики пламегасящей композиции на основе солей меди по данному изобретению, в нее можно ввести добавки, например гидроксипропиметилцеллюлозу, адгезив на основе ацеталя, стеарат магния или порошок талька, или их сочетание. Массовое содержание добавки составляет более 0, но не более 10%, предпочтительно, от 1% до 5%, и его можно отрегулировать дополнительно в соответствии с условиями применения. Добавка может дополнительно содержать адгезив. Однако тип адгезива и его содержание хорошо известны специалистам в данной области техники, и содержание обычно устанавливает менее 15%.

Температура разложения огнезащитного компонента предпочтительно составляет более 100°C, и в ходе процесса разложения огнезащитный компонент выделяет газообразные, жидкие или твердые соединения, действующие как ингибиторы горения, которые обычно включают CO₂, N₂, H₂O или другие активные соединения, которые могут захватывать свободные радикалы для тушения пламени. Огнезащитный компонент может быть выбран из неорганического огнезащитного состава, огнезащитного состава на основе галогена, огнезащитного состава на основе фосфора или огнезащитного состава на основе азота, или их сочетания, имеет массовое содержание от 5% до 70%, предпочтительно, от 5% до 40%, а особенно предпочтительно, от 5% до 15%, при этом неорганический огнезащитный состав конкретно может представлять собой хлорид натрия, хлорид калия, бромид калия, оксид сурьмы и т.д. Огнезащитный состав на основе фосфора может представлять собой полифосфат аммония, дигидрофосфат аммония, гидрофосфат диаммония, красный фосфор и т.д. Огнезащитный состав на основе азота может быть выбран из меламина, дициандиамида, мочевины или карбамилмочевины (биурета) и т.д., в зависимости от конкретных соотношений и применений.

Вышеописанную пламегасящую композицию загружают в генерирующее горячий аэрозоль K-типа устройство пожаротушения, и в такое же устройство пожаротушения также загружают имеющееся в продаже средство пожаротушения, генерирующее аэрозоль S-типа, или средство пожаротушения, генерирующее аэрозоль K-типа; конкретно это осуществляют, как описано ниже.

Пример 1 по изобретению

50 г образца приготовленной композиции из основного карбоната меди, дигидрофосфата аммония и хлорида калия добавляют в устройство пожаротушения, в которое загружено 50 г агента, генерирующего аэрозоль K-типа, для проведения теста на пожаротушение с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта (oil disc) 0,25 см²; результаты приведены в сводной таблице 1.

Пример 2 по изобретению

50 г образца приготовленной композиции из оксалата меди, меламина и хлорида калия добавляют в устройство пожаротушения, в которое загружено 50 г агента, генерирующего аэрозоль K-типа, для проведения теста на пожаротушение с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта 0,25 см²; результаты теста приведены в сводной таблице 1.

Пример 3 по изобретению

50 г образца приготовленной композиции из ацетата меди, дигидрофосфата аммония и хлорида калия добавляют в устройство пожаротушения, в которое загружено 50 г агента, генерирующего аэрозоль K-типа, для проведения теста на пожаротушения с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта 0,25 см²; результаты приведены в сводной таблице 1.

Пример 4 по изобретению

50 г образца приготовленной композиции из карбоната меди, меламина и хлорида калия добавляют в устройство пожаротушения, в которое загружено 50 г агента, генерирующего аэрозоль K-типа, для проведения теста на пожаротушение с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта 0,25 см²; результаты приведены в сводной таблице 1.

Пример 5 по изобретению

50 г образца приготовленной композиции из олеата меди, дигидрофосфата аммония и хлорида калия добавляют в устройство пожаротушения, в которое загружено 50 г агента, генерирующего аэрозоль K-типа, для проведения теста на пожаротушение с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта 0,25 см²; результаты приведены в сводной таблице 1.

Сравнительный пример 1

Проводят тест на пожаротушение с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта 0,25 см², для образца устройства пожаротушения, в которое загружено только 100 г генерирующего горячий аэрозоль K-типа средства пожаротушения, и результаты приведены в сводной таблице 1.

Сравнительный пример 2

Проводят тест на пожаротушение с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта 0,25 см², для образца устройства пожаротушения, в которое загружено только 100 г генерирующего горячий аэрозоль S-типа средства пожаротушения, и результаты приведены в сводной таблице 1.

Сравнительный пример 3

50 г образца композиции из дигидрофосфата аммония и хлорида калия добавляют в устройство пожаротушения, генерирующего аэрозоль K-типа, для проведения теста на пожаротушение с бензином 93# при площади пятна нефтепродукта 0,25 см²; результаты приведены в сводной таблице 1.

50 г пламегасящей композиции на основе солей меди по данному изобретению приготавливали и формовали в соответствии с обычным способом изготовления, и добавляли в устройства пожаротушения, в которые было загружено 50 г агента, генерирующего аэрозоль К-типа, соответственно, чтобы провести тесты 8В на пожаротушение. Тесты на пожаротушение были проведены с конкретными моделями, указанными в 6.3.2.1 в GA86-2009. Для каждой группы было сделано три параллельных опыта, и тесты проводили перекрестным образом. В сравнительных примерах были также обеспечены образцы устройств пожаротушения, в которые было загружено 100 г обычного средства пожаротушения, генерирующего аэрозоль S-типа; средство пожаротушения, генерирующее аэрозоль K-типа, и охладитель, соответственно, и тесты на пожаротушение были проведены в тех же условиях. Конкретные результаты приведены в таблице 1.

Средства пожаротушения S и K типа, применяемые в первом и третьем сравнительных примерах в вышеприведенной таблице, являются имеющимися в продаже средствами пожаротушения. Из таблицы 1 можно сделать вывод, что пламегасящие композиции на основе солей меди, используемые в примерах 1-5 по данному изобретению способны погасить огонь в экспериментах с пятном нефтепродукта, и можно видеть, что эффективность пожаротушения пламегасящих композиций является более высокой, чем эффективность пожаротушения в случае сравнительных примеров 1-3, и на соплах отсутствует открытое пламя.

Пламегасящая композиция на основе солей меди содержит соединение, выбранное из солей меди, в количестве от 30 мас.% до 95 мас.%, и огнезащитный компонент в количестве от 5 мас.% до 70 мас.%. В качестве источника тепла и источника энергии в этой композиции служит пиротехническое соединение, которое после поджига сгорает, создавая высокую температуру, обеспечивающую протекание реакции разложения композиции, что дает возможность распыления, совместно с пиротехническим соединением, большого количества полученных в результате реакции пламегасящих веществ с целью пожаротушения. Пламегасящая композиция на основе солей меди может быстро и эффективно уменьшать количество тепла, выделяемого при сгорании пиротехнического соединения; существенно снижать температуру выпускных отверстий устройства пожаротушения и распыляемых веществ и устранить необходимость применения в устройстве пожаротушения сложных систем охлаждения. 14 з.п. ф-лы, 8 пр., 1 табл.

1. Пламегасящая композиция на основе солей меди, образующая пламегасящее вещество в присутствии пиротехнического агента в качестве источника тепла и источника энергии пламегасящей композиции, отличающаяся тем, что она содержит соединение, выбранное из солей меди, и огнезащитный компонент, в следующих массовых отношениях, соответственно:

от 30% до 95% соединения, выбранного из солей меди;

от 5% до 70% огнезащитного компонента;

при этом пламегасящая композиция дополнительно содержит добавку при массовом содержании более 0, но не более 10%;

и при этом пиротехнический агент выбран таким образом, что он делает возможным проведение реакции разложения пламегасящей композиции с образованием большого количества пламегасящего вещества при высокой температуре, получаемой при горении пиротехнического агента.

2. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 1, отличающаяся тем, что добавка представляет собой гидроксипропилметилцеллюлозу, адгезив на основе ацеталя, стеарат магния или порошок талька, или их сочетание.

3. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит органическое соединение меди или неорганическое соединение меди, или их сочетание, и его массовое содержание предпочтительно составляет от 60% до 90%.

4. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 3, отличающаяся тем, что температура плавления органического соединения меди или неорганического соединения меди составляет более 100°C, а температура его разложения составляет более 200°C.

5. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 4, отличающаяся тем, что органическое соединение меди представляет собой ацетат меди, оксалат меди, олеат меди, линолеат меди, стеарат меди, цитрат меди, тартрат меди, медную соль 2-гидроксибутандикислоты, бензоат меди или салицилат меди, или их смесь.

6. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 4, отличающаяся тем, что неорганическое соединение меди представляет собой карбонат меди, сульфат меди, нитрат меди, хлорид меди, гидроксид меди, сульфит меди, основной карбонат меди или тиосульфат меди, или их смесь.

7. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 1, отличающаяся тем, что температура разложения огнезащитного компонента в пламегасящей композиции составляет более 100°C, и огнезащитный компонент выделяет газообразные, жидкие или твердые соединения, действующие как ингибиторы горения, в ходе процесса разложения.

8. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 7, отличающаяся тем, что огнезащитный компонент представляет собой неорганический огнезащитный состав, огнезащитный состав на основе галогена, огнезащитный состав на основе фосфора или огнезащитный состав на основе азота, или их сочетание, и массовое содержание огнезащитного компонента составляет от 5% до 15%.

9. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 8, отличающаяся тем, что содержит нижеследующие компоненты в указанном массовом соотношении:

от 80% до 90% соединения, выбранного из солей меди;

от 5% до 15% огнезащитной композиции;

от 1% до 5% добавки.

10. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 2, отличающаяся тем, что она содержит органическое соединение меди или неорганическое соединение меди или их сочетание, и его массовое содержание предпочтительно составляет от 60% до 90%.

11. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 1, отличающаяся тем, что температура разложения огнезащитного компонента в пламегасящей композиции составляет более 100°C, и огнезащитный компонент выделяет газообразные, жидкие или твердые соединения, действующие как ингибиторы горения, в ходе процесса разложения.

12. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 2, отличающаяся тем, что температура разложения огнезащитного компонента в пламегасящей композиции составляет более 100°C, и огнезащитный компонент выделяет газообразные, жидкие или твердые соединения, действующие как ингибиторы горения, в ходе процесса разложения.

13. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 4, отличающаяся тем, что температура разложения огнезащитного компонента в пламегасящей композиции составляет более 100°C, и огнезащитный компонент выделяет газообразные, жидкие или твердые соединения, действующие как ингибиторы горения, в ходе процесса разложения.

14. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 5, отличающаяся тем, что температура разложения огнезащитного компонента в пламегасящей композиции составляет более 100°C, и огнезащитный компонент выделяет газообразные, жидкие или твердые соединения, действующие как ингибиторы горения, в ходе процесса разложения.

15. Пламегасящая композиция на основе солей меди по п. 6, отличающаяся тем, что температура разложения огнезащитного компонента в пламегасящей композиции составляет более 100°C, и огнезащитный компонент выделяет газообразные, жидкие или твердые соединения, действующие как ингибиторы горения, в ходе процесса разложения.