Результат интеллектуальной деятельности: ОГНЕТУШАЩИЙ ПОРОШКОВЫЙ СОСТАВ

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к созданию огнетушащего порошкового состава общего назначения для тушения пожаров классов А, В и в особенности пожаров в бытовых помещениях и местах массового скопления людей.

Известен сухой порошковый состав для пожаротушения следующего состава: от 99 до 99,5 вес. % аммофоса, от 0,5 до 1,0 вес. % аэросила. Для изготовления такого порошка используется аммофос следующего фракционного состава: частицы размером 0,2-0,05 мм - 70-75%, частицы размером менее 0,05 мм - 25-30% (авторское свид. SU №596251 от 05.03.1978).

Недостаток известного состава заключается в недостаточной способности ингибировать возгорание за счет термического механизма подавления пламени.

Известен огнетушащий порошок следующего состава, мас. %: сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ - до 40, фосфат аммония NH₄H₂PO₄ - до 40, калий хлористый (KCl) - 10, тальк (Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂) - 10, трикальцийфосфат (Ca₃(PO₄)₂) - 2, гидрофобная добавка (C₃₆H₇₀O₄(Me)_x) - 1 (патент US №3063940 А).

Недостаток известного состава заключается в том, что он не адаптирован к бытовым условиям и образует газовые испарения, которые могут быть вредны для человека. Кроме того, известный состав обладает недостаточной способностью ингибировать возгорание за счет термического механизма подавления пламени.

Наиболее близким составом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаком является состав для тушения пожаров следующего состава, мас. %: хлорид калия или натрия - 13,5-35,0; антислеживающие добавки - 1,0-5,0; добавки по текучести - 0,5-7,0, фосфаты аммония - остальное (авторское свид. SU №1333348 от 30.08.87). Данный состав принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - хлорид калия, фосфаты аммония, целевая добавка.

Недостатком известного состава, принятого за прототип, является необходимость использовать несколько добавок, каждая из которых обеспечивает улучшение только одной из эксплуатационных характеристик. Кроме того, ингибирующий механизм пожаротушения такого порошка реализуется преимущественно по гетерогенному химическому механизму, а термический механизм ингибирования пламени не проявляет себя. Известная смесь не адаптирована для пожаротушения в бытовых помещениях и местах массового скопления людей, имеет невысокую огнетушащую способность из-за быстрого перехода в газовую фазу составляющих компонентов при термическом разложении в процессе пожаротушения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение огнетушащего порошка, пригодного с точки зрения токсичности для тушения в бытовых помещениях и местах массового скопления людей, обладающего повышенной ингибирующей способностью и высокой огнетушащей способностью.

Поставленная задача решается тем, что известный огнетушащий порошок, содержащий хлорид калия, фосфаты аммония и целевую добавку, в качестве целевой добавки содержит синтетический минеральный сплав фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 45-55; от 20 до менее 40 мкм - 45-55, при следующем соотношении игредиентов, мас. %:

при этом синтетический минеральный сплав содержит оксиды кремния, алюминия, кальция, железа(II), железа(III), магния, калия и/или натрия, хрома(III) Cr₂O₃ в следующем соотношении, мас. %:

Отличительные признаки заявляемого состава от состава по прототипу - в качестве целевой добавки содержит синтетический минеральный сплав, включающий, мас. %: оксид кремния SiO₂ 50-55, оксид алюминия Al₂O₃ 12-13, оксид кальция СаО 9-12, оксид железа(II) FeO 4-6, оксид железа(III) Fe₂O₃ 3-5, оксид магния MgO 4-7, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O 3-3,5, оксид хрома(III) Cr₂O₃ 5-7 следующего фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 45-55% и от 20 до менее 40 мкм - 45-55%; иное количественное соотношение используемых ингредиентов мас. %: хлорид калия - 30,0-35,0; указанный синтетический минеральный сплав - 10,0-15,0; фосфаты аммония - 50,0-60,0.

Экспериментально авторами установлено, что использование синтетического минерального сплава (хромистого) в качестве целевой добавки решает проблему обеспечения текучести порошка и неслеживаемости согласно НПБ-170-98 (Нормы пожарной безопасности. Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний 170-98. - Москва: ГУГПС, ВНИИПО МВД России, 2000 - 26 с. ), и обеспечивает синергетический эффект подавления пламени за счет реализации и химического механизма, и термического механизма ингибирования горения.

Используется синтетический минеральный сплав (хромистый), содержащий, мас. %: оксид кремния SiO₂ 50-55, оксид алюминия Al₂O₃ 12-13, оксид кальция СаО 9-12, оксид железа(II) FeO 4-6, оксид железа(III) Fe₂O₃ 3-5, оксид магния MgO 4-7, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O 3-3,5, оксид хрома(III) Cr₂O₃ 5-7, отличающийся от обычных синтетических минеральных сплавов содержанием оксида хрома в больших долях и отсутствием оксида титана.

Основные реакции, описывающие химическое ингибирование пламени при использовании синтетического минерального сплава (хромистого), следующие на примере оксида кремния:

(O₃Si)_{поверхность} + O_{2(радикал)} → (O₃Si-О)_{поверхность} + О_{(испарение)};

(O₃Si)_{поверхность} + HOH_{(радикал)} → (O₃Si+OH)_{поверхность} + H_{(испарение)};

(O₃Si)_{поверхность} + H_{2(радикал)} → (O₃SiH)_{поверхность} + H_{(испарение)};

(O₃Si)_{поверхность} + CH_{4(радикал)} → (O₃SiH)_{поверхность} + CH₃(_{испарение});

(O₃Si)_{поверхность} + O_{(радикал)} → (O₃Si)_{поверхность} + HO_{(испарение)}.

Термическое ингибирование пламени, то есть абсорбция тепловой энергии и ее диссипация на термическое разложение компонента/ов порошковой смеси, обеспечивающая снижение температуры пламени, реализуется благодаря высокой удельной теплоемкости синтетического минерального сплава, которая составляет 0,67 при кДж/(кг⋅K).

Поскольку реализуется термическое ингибирование пламени, снижается роль процесса химического ингибирования. Это означает, что выделение газовых составляющих, препятствующих горению, но вредных для человека, снижается, что позволяет рассматривать предлагаемый состав как более пригодный для пожаротушения бытовых помещений и мест массового скопления людей. В пользу токсической безопасности также следует отнести, что порошок синтетического минерального сплава является биологически нейтральным.

Эффективность пожаротушения и одновременное улучшение текучести порошка и его неслеживаемость обеспечивается за счет использования синтетического минерального сплава фракционного состава: от 40 до 50 мкм - 45-55; от 20 до менее 40 мкм - 45-55. Параметр текучести полученного порошка составляет 0,35 кг/с, водопоглощение - до 0,05%. Низкое водопоглощение указывает на то, что он меньше поддается слеживаемости и комкообразованию.

Использование синтетического минерального сплава указанного фракционного состава позволяет улучшить ингибирующую способность порошка за счет увеличенной суммарной поверхности частиц.

Суммарные величины площадей реакционной поверхности частиц порошка синтетического минерального сплава (хромистого) разного фракционного состава представлены в табл. 1.

Из таблицы 1 видно, что суммарная площадь реакционной поверхности частиц порошка синтетического минерального сплава заявляемого фракционного состава (состав №3) имеет повышенное значение, что свидетельствует о повышении ингибирующей способности порошка. Состав №1 тоже показывает увеличенную суммарную площадь реакционной поверхности частиц, но у него плохой результат по текучести.

Для получения предлагаемого огнетушащего порошкового состава в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:

- хлорид калия по ГОСТ 4568-95;

- синтетический минеральный сплав (хромистый) по ТУ 14-05773333-01-2008;

- фосфаты аммония по ГОСТ 3772-64.

Состав готовят смешиванием, измельчением и просеиванием компонентов в следующем соотношении, мас. %: хлорид калия 30,0-35,0;

синтетический минеральный сплав (хромистый) 10,0-15,0;

фосфаты аммония 50,0-60,0.

Синтетический минеральный сплав, содержащий, мас. %: оксид кремния SiO₂ 50-55, оксид алюминия Al₂O₃ 12-13, оксид кальция СаО 9-12, оксид железа(II) FeO 4-6, оксид железа(III) Fe₂O₃ 3-5, оксид магния MgO 4-7, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O 3-3,5, оксид хрома(III) Cr₂O₃ 5-7 получен из первичного волокна следующего фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 45-55; от 20 до менее 40 мкм - 45-55. Рассеивание порошка по фракциям проводят на ситовых установках. Компоненты совместно перемешивают в лабораторном барабанном смесителе. Затем смесь прокаливают при температуре 120°C в течение 20 мин.

По описанному способу было изготовлено 5 составов предлагаемого порошка с различным соотношением ингредиентов. Приготовленные составы оценивали с точки зрения, количества расхода для заданного очага возгорания и скорости подачи из огнетушащего средства (табл. 2).

Ниже приведены примеры составов.

Пример 1

Синтетический минеральный сплав содержит, мас. %: оксид кремния SiO₂ - 45, оксид алюминия Al₂O₃ - 10, оксид кальция СаО - 15, оксид железа(II) FeO - 9, оксид железа(III) Fe₂O₃ - 6, оксид магния MgO - 8,5, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O - 2,5, оксид хрома(III) Cr₂O₃ - 4 следующего фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 50; от 20 до менее 40 мкм - 50.

Пример 2

Синтетический минеральный сплав содержит, мас. %: оксид кремния SiO₂ - 50, оксид алюминия Al₂O₃ - 12, оксид кальция СаО - 12, оксид железа(II) FeO - 5,5, оксид железа(III) Fe₂O₃ - 5, оксид магния MgO - 7, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O - 3,5, оксид хрома(III) Cr₂O₃ - 5 следующего фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 50; от 20 до менее 40 мкм - 50.

Пример 3

Синтетический минеральный сплав содержит, мас. %: оксид кремния SiO₂ - 55, оксид алюминия Al₂O₃ - 12, оксид кальция СаО - 10, оксид железа(II) FeO - 6, оксид железа(III) Fe₂O₃ - 4, оксид магния MgO - 4, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O - 3, оксид хрома(III) Cr₂O₃ - 6 следующего фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 50; от 20 до менее 40 мкм - 50.

Пример 4

Синтетический минеральный сплав содержит, мас. %: оксид кремния SiO₂ - 55, оксид алюминия Al₂O₃ - 13, оксид кальция СаО - 9, оксид железа(II) FeO - 4, оксид железа(III) Fe₂O₃ - 3, оксид магния MgO - 6, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O - 3, оксид хрома(III) Cr₂O₃ - 7 следующего фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 50; от 20 до менее 40 мкм - 50.

Пример 5

Синтетический минеральный сплав содержит, мас. %: оксид кремния SiO₂ - 60, оксид алюминия Al₂O₃ - 15, оксид кальция СаО - 8, оксид железа(II) FeO - 3, оксид железа(III) Fe₂O₃ - нет, оксид магния MgO - 5, оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O - 1, оксид хрома(III) Cr₂O₃ - 8 фракционного состава, мас. %: от 40 до 50 мкм - 50; от 20 до менее 40 мкм - 50.

Из таблицы видно, что заявляемые составы (примеры 2-4), по сравнению с прототипом, обеспечивают сокращение расхода огнетушащего состава для заданного очага возгорания, имеют высокую скорость подачи из огнетушащего устройства. Это свидетельствует о большей эффективности и высокой огнетушащей способности заявляемых составов. Особенно заявляемые составы эффективны при тушении пожаров класса В.

Преимущество изобретения состоит в том, что оно обладает высокой огнетушащей способностью, высокой способностью ингибировать возгорание, пониженной токсичностью и имеет более широкое применение, так как пригодно для тушения пожаров в бытовых помещениях и местах массового скопления людей.