Функциональный наполнитель для огнетушащего порошкового состава Российский патент 2021 года по МПК A62D1/00 

Настоящее изобретение относится к составу функционального наполнителя для огнетушащего порошкового состава на основе фосфатов аммония. Функциональный наполнитель является необходимым компонентом при изготовлении огнетушащего порошкового состава, обеспечивая его свободное течение и гидрофобные свойства. Применение предлагаемого наполнителя в составе огнетушащего порошка позволяет повысить эффективность его применения.

Известен огнетушащий порошковый состав (Патент РФ № 2570464) с повышенной огнетушащей способностью, включающий целевую добавку для текучести, полиметилгидросилоксан в качестве гидрофобизирующей органической жидкости и основной компонент на основе аммофоса и сульфата аммония - остальное. В качестве целевой добавки состав содержит минеральный порошок МП-1, а основной компонент дополнительно содержит карбамид, при следующем соотношении, мас. %: минеральный порошок МП-1 - 20 - 60%, гидрофобизирующая жидкость 0,1 - 1,0 %, основной компонент до 100 %.

Недостатком данного изобретения является высокая доля целевой добавки для текучести, содержание которой достигает 20 - 60 мас. %, а также присутствие сульфата аммония в составе основного компонента. Тем самым существенно снижается доля активного огнетушащего компонента - фосфатов аммония и, следовательно, огнетушащая способность состава.

Известен огнетушащий порошковый состав многоцелевого назначения (Патент РФ 2335315), содержащий высокодисперсную добавку (0,1 - 10 %), гидрофобизирующую жидкость (0,1-0,5 %) и целевую добавку для текучести, отличающийся тем, что в нём присутствует адсорбент остаточной и конденсирующейся влаги - технический силикагель (0,5-5 %), а в качестве целевой добавки для текучести - баритовый концентрат с размером частиц менее 125 мкм (10-30 %).

Недостатком данного изобретения является сложность состава функционального наполнителя, в котором каждый из компонентов отвечает за определенную характеристику порошка. Общая доля всех добавок может достигать 45 %, что существенно снижает содержание тушащего компонента в составе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом, взятым за прототип, является состав, описанный в «Способ получения огнетушащего порошкового состава» (Патент РФ № 2523468), с повышенной огнетушащей способностью и высокими показателями гидрофобности. В данном составе в качестве функциональной добавки используют диоксид кремния (БС-120), обработанный полиорганогидросилоксаном, при этом фосфаты аммония, диоксид кремния и гидрофобизирующая жидкость измельчаются совместно при массовом соотношении 90÷97, 2,5÷5, 0,5÷5 масс. %, а затем смешиваются с сульфатом аммония.

Недостатком данного способа является большой расход гидрофобизирующей жидкости (до 5 масс. %) для покрытия им основного компонента состава. Также высокое содержание сульфата аммония (до 50 %), вводимого с целью снижения влагопоглощения и повышения плотности порошка, сокращает количество тушащего компонента и тем самым снижает пожаротушащую способность состава.

Задачей настоящего изобретения является создание функционального наполнителя, который помимо высокой гидрофобности и свободного течения порошкового состава, обеспечивает его повышенную огнетушащую эффективность.

Для решения поставленной задачи предлагается использовать диоксид кремния в виде мезопористых частиц МСМ-48 размером 100-400 нм (пр.1, табл.1), полученных темплатным гидротермальным синтезом, совместно с пирогенным диоксидом кремния марки Aerosil 380 со средним размером частиц 7 нм, обработанными гидрофобизирующим соединением полиорганогидросилоксаном в среде органического растворителя.

Создание функционального наполнителя включает проведение темплатного гидротермального синтеза мезопористых частиц, обработку частиц диоксида кремния в среде органического растворителя гидрофобизирующей жидкостью полиорганогидросилоксаном, с последующим выпариванием растворителя, сушкой и смешением компонентов.

Целью предлагаемого способа является повышение пожаротушащей эффективности порошковых составов на основе фосфатов аммония путем увеличения их площади удельной поверхности (более 100 м²/г).

Технический результат достигается за счет высокой площади удельной поверхности (≈ 1000 м²/г) мезопористых дисперсных частиц диоксида кремния, являющихся основным компонентом функционального наполнителя. Мезопористая структура частиц обеспечивает высокую удельную поверхность порошкового состава, в отличие от применяемого диоксида кремния марки БС-120. Степень поглощения тепла инертными частицами порошкового состава является функцией площади их поверхности, большая площадь поверхности частиц способствует большей скорости поглощения тепла. Введение в состав функционального наполнителя пирогенного диоксида кремния со средним размером частиц 7 нм марки Aerosil 380 дополнительно снижает взаимодействие между дисперсными компонентами путем увеличения объема межчастичной пористости порошкового состава. Модификация поверхности дисперсных компонентов в среде органического растворителя обеспечивает супергидрофобное состояние поверхности со значением краевого угла смачивая более 160° и способностью к водоотталкиванию более 600 мин.

Получение компонентов функционального наполнителя включает в себя следующие стадии:

1. Получение мезопористых дисперсных частиц диоксида кремния:

Синтез мезопористого диоксида кремния с биконтинуальной пористой структурой MCM-48 осуществляется методом темплатного гидротермального синтеза в щелочной среде при следующих мольных соотношениях реагентов: TEOS 1 : СТАВ 0,4 : NaOH 0,4 : H₂O 100, где в качестве прекурсора диоксида кремния используется тетраэтоксисилан (TEOS), в качестве структурообразующего агента - цетилтриметиламмония бромид (CTAB).

CTAB растворяется в щелочной среде при температуре 30-40°C при перемешивании на магнитной мешалке, затем по каплям добавляется TEOS, смесь постепенно нагревается до 50-80°C при перемешивании, затем образовавшийся гель помещается в автоклав и подвергается гидротермальной обработке при 120°С в течение 48-ми часов. Полученный осадок отфильтровывается, промывается дистиллированной водой до нейтрального значения рН, высушивается при температуре 80°С. Темплат удаляется прокаливанием образцов на воздухе при температуре 650°С в течение 5-ти часов, полученный порошок мезопористых частиц диоксида кремния МСМ-48 измельчается в дисковой мельнице.

2. Гидрофобизация компонентов:

Дисперсные компоненты предварительно высушиваются при 200°C в течение 2 часов для удаления сорбционной влаги. Процесс гидрофобизации проводится при кипячении частиц диоксида кремния и полиметилгидросилоксана, взятых в соотношении 80/20 масс. %, в среде гексана в колбе с обратным холодильником в течение 4 часов. Растворитель удаляется с помощью ротационного испарителя при температуре 90°C. Дисперсные компоненты высушиваются при 50°C в течение 10 минут, а затем подвергаются термической обработке при 200°C в течение 2 часов с целью закрепления полимерной пленки гидфрофобизатора на поверхности частиц диоксида кремния.

Предлагаемый состав функционального наполнителя для огнетушащего состава может быть проиллюстрирован следующими примерами изготовления.

Пример 1. Смешение компонентов функционального наполнителя - частиц диоксида кремния МСМ-48 и Aerosil 380 - производится в дисковой мельнице в течение 10 минут при соотношении компонентов 65/35 мас. %. Смешение фосфатов аммония и функционального наполнителя в соотношении 88/12 мас. %. в барабанном смесителе в течение 1 часа.

Пример 2. Смешение компонентов функционального наполнителя - частиц диоксида кремния МСМ-48 и Aerosil 380 - производится в дисковой мельнице в течение 10 минут при соотношении компонентов 75/25 мас. %. Смешение фосфатов аммония и функционального наполнителя в соотношении 87/13 мас. %. в барабанном смесителе в течение 1 часа.

Пример 3. Смешение компонентов функционального наполнителя - частиц диоксида кремния МСМ-48 и Aerosil 380 - производится в дисковой мельнице в течение 10 минут при соотношении компонентов 85/15 мас. %. Смешение фосфатов аммония и функционального наполнителя в соотношении 86/14 мас. %. в барабанном смесителе в течение 1 часа.

Для проведения испытаний функциональный наполнитель вводили в огнетушащий порошковый состав на основе фосфатов аммония, 60 % которого составляют частицы размером менее 50 мкм (средний диаметр 15 мкм) и 40 % частиц размером 50 - 315 мкм (средний диаметр 280 мкм).

Использование заявленного состава функционального наполнителя по сравнению с прототипом позволяет получать огнетушащие порошки с большей пожаротушащей и водоотталкивающей способностью, текучими свойствами, обеспечивающие свободное течение. Это позволяет применять огнетушащий порошковый состав с предлагаемым наполнителем в переносных и автоматических системах пожаротушения.

При сравнении огнетушащих порошковых составов на основе фосфатов аммония, огнетушащая способность состава, содержащего функциональный наполнитель по формуле изобретения, выше, в сравнении с составом, содержащим гидрофобизированную белую сажу БС-120 в качестве наполнителя. За счет супергидрофобных свойств дисперсных компонентов наполнителя способность к водоотталкиванию огнетушащего состава сохраняется не менее 600 мин., а краевой угол смачивания составляет более 160°. Удельная энергия течения составов с предлагаемым функциональным наполнителем меньше, чем у прототипа не менее чем на 15 %.

Сравнение огнетушащих составов проводилось с помощью порошкового реометра FT4 Powder Rheometer (Freeman Technology), ганиометра RameHartModel 500, анализатора ТГА/ДСК TGA/DSC 1 analyzer (MettlerToledo). Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1 Свойства огнетушащих порошковых составов на основе фосфатов аммония с применением различных функциональных наполнителей.

Состав Удельная энергия течения, мДж/г Способность к водоотталкиванию, мин Плотность неуплотненного/
уплотненного
порошка, г/см³ Прототип 7,64 не менее 300 758/1064 Пример 1 6,25 не менее 600 714/1020 Пример 2 6,34 не менее 600 735/1042 Пример 3 6,48 не менее 600 746/1065

Изобретение относится к составу функционального наполнителя для огнетушащего порошкового состава на основе фосфатов аммония. Функциональный наполнитель содержит дисперсные частицы диоксида кремния, гидрофобизированные полиметилгидросилоксаном. В качестве компонентов содержит мезопористые частицы диоксида кремния МСМ-48, 65-85 мас. %, обладающие площадью удельной поверхности более 1000 м²/г, совместно с частицами диоксида кремния марки Aerosil 380, 15-35 мас. %. Частицы гидрофобизированы в среде органического растворителя при соотношении компонентов диоксид кремния/гидрофобизатор 80/20 мас. %. Обеспечивается повышение пожаротушащей эффективности порошковых составов на основе фосфатов аммония путем увеличения их площади удельной поверхности.

Функциональный наполнитель для огнетушащего порошкового состава на основе фосфата аммония, включающий дисперсные частицы диоксида кремния, гидрофобизированные полиметилгидросилоксаном, отличающийся тем, что в качестве компонентов содержит мезопористые частицы диоксида кремния МСМ-48, 65-85 мас. %, обладающие площадью удельной поверхности более 1000 м²/г, совместно с частицами диоксида кремния марки Aerosil 380, 15-35 мас. %, гидрофобизированных в среде органического растворителя при соотношении компонентов диоксид кремния/гидрофобизатор 80/20 мас. %.