Результат интеллектуальной деятельности: ГЕНЕРАТОР ПЕСТИЦИДНОГО АЭРОЗОЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ШАШКИ ДЛЯ НЕГО

Группа изобретений, связанных общим изобретательским замыслом, относится к средствам для образования дымовых завес, содержащих биоциды, в частности к стационарным устройствам, генерирующим пестицидный аэрозоль, и пиротехническим составам шашек, содержащим инсектициды и фунгициды, которые используются для уничтожения вредных насекомых и подавления развития грибов.

Уровень данной области техники характеризует ручной генератор аэрозоля, описанный в патенте RU 12763 9, А62С 13/22, 2012, который содержит полимерный корпус цилиндрической формы, диаметром под кисть руки человека, где закреплена функциональная пиротехническая шашка, примыкающая к выпускному сопловому отверстию с воспламенителем внутри.

Корпус термоизолирован картонной обечайкой, закрыт легкосъемной крышкой и с противной стороны сопряжен с трубчатой рукояткой, в которой размещена пробка с торцевой теркой.

Особенностью этого генератора является то, что корпус размещен в телескопическом кожухе, подвижная часть которого оснащена инжекционными окнами для подсоса из атмосферы воздуха, который разбавляет и охлаждает генерируемый аэрозоль с активным действующим веществом.

Нижняя часть трубчатого кожуха закреплена на хвостовике корпуса, локализованного поперечной перемычкой, несущей обтюрирующий пыж, и выполняет функции рукоятки, за которую удерживается генератор во время работы.

Продолжением достоинств описанного генератора является присущий недостаток, который выражается в ограничении области использования из-за ручного управления по пространственному ориентированию выпускного отверстия во время работы, исключив при этом реверсирование подвижных элементов, формирующих струю генерируемого аэрозоля, предотвращая несанкционированное их складывание в исходное положение, то есть генератор не может функционировать в стационарном положении автономно.

Отмеченный недостаток устранен в генераторе функционального аэрозоля по патенту RU 142863 Ul, F42В 8/26, 4/00, 2014 г., который по числу совпадающих признаков и технической сущности выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.

Известный генератор содержит пиротехническую шашку, сообщающуюся с воспламенительной таблеткой узла инициирования, включающего быстросъемное кольцо с теркой, установленной в цилиндрическом корпусе, камера сгорания, выполняющая функции ресивера, оснащена выпускными окнами на ее боковой поверхности.

Воспламенительная таблетка из чувствительного к механическим воздействиям состава, внутри которого помещена терка, закреплена на поперечной перемычке корпуса над центральным огнепроводящим шнуром. Сверху на перемычке расположено кольцо выдергивания нити с теркой, закрытое крышкой из перкаля, который легко прорывается для свободного доступа к кольцу при взведении генератора в работу.

Огнепроводящий шнур помещен в ресивере над пиротехнической шашкой, которая снабжена усилительным зарядом из чувствительного к тепловому импульсу состава, активизирующим воспламенение и торцевое горение шашки.

На боковой поверхности ресивера распределены выпускные отверстия, обеспечивая выход генерируемого огнетушащего аэрозоля в любом пространственном положении генератора после метания его в очаг возгорания, что является достоинством конструкции, в которой воспламенение шашки происходит через время задержки после инициирования воспламенительной таблетки, определяемое огнепроводящим шнуром.

К недостаткам известного генератора следует отнести то, что он имеет ограниченное использование только при ручном автономном запуске посредством узла запуска терочного типа, что затрудняет эффективную постановку в автоматическом режиме объемной дымовой завесы посредством ряда параллельно инициируемых от общего внешнего узла запуска и совместно действующих стационарных генераторов, в частности при обработке сельскохозяйственных угодий с целью борьбы с вредными насекомыми и грибами, жизнедеятельность которых угнетается содержащимися в аэрозоли биоцидами, а более конкретно, инсектицидами и фунгицидами соответственно.

Огневая цепочка, включающая временную задержку по передаче инициирующего импульса на поджиг шашки, с дискретными элементами, помещенными в отдельных объемах корпуса, характеризуется по определению низкой надежностью и занимает большую часть конструкции, что снижает коэффициент его полезной нагрузки, то есть имеет неудовлетворительную эффективность действия.

При этом огнепроводящий шнур функционирует только в качестве временного замедлителя и не участвует в организации и регулировании фронта горения пиротехнической шашки.

Пиротехнический состав шашки известного генератора при горении формирует аэрозоль, содержащий ингибиторы горения в форме газообразных продуктов и твердых частиц дисперсной фазы, прерывающие окислительно-восстановительные реакции в очаге возгорания, подавляя его, но он непригоден для целей борьбы с вредными насекомыми и паразитными микроорганизмами.

Уровень техники пиротехнических составов, при горении генерирующих пестицидный аэрозоль, характеризуют патенты RU 2485776 и 2487539 C1, A01N 25/20, 2012 г., где описаны широко используемые в практике медицинской дезинсекции и в сельском хозяйстве пиротехнические дымообразующие составы соответственно инсектицидного и фунгицидного действия.

Эти пиротехнические составы содержат активно действующее вещество (перметрин, трилан), хлорат калия в качестве окислителя, органическое горючее - газообразующий карбамид и тиурам, хлорсодержащее полимерное связующее (хлорпарафин ХП-470 или сополимер винилхлорида с винилацетатом, пластифицированный трибутилфосфатом) и технологическая добавка.

Перметрин является акарицидным средством, действие которого обусловлено нарушением ионной проницаемости натриевых каналов и торможением процессов поляризации мембраны нервных клеток мух, комаров, вшей, блох, клещей и проч. эктопаразитов, что приводит к парализующему эффекту.

Трилан как активно действующее фунгицидное вещество используется для борьбы с плесенью, подавлением жизнедеятельности микроорганизмов, в частности с грибковыми заболеваниями картофеля.

Аэросил, имея высокие адсорбционные свойства, стабилизирует смесь, снижая гигроскопичность, и служит в качестве легкого наполнителя для жидкой составляющей - перметрина, предотвращая его экссудацию при прессовании зарядов и при хранении таблеток.

Хлорсодержащие связующие, пластифицирующие пиротехническую смесь, предотвращают ее пламенное горение, так как при термодеструкции выделяется НСl, который является антипиреном, который препятствует сгоранию значительного количества активно действующих веществ.

Наряду с отмеченными достоинствами описанные составы характеризуются следующими недостатками:

- не являются комплексным средством инсектицидного и фунгицидного действия;

- представляют собой многокомпонентные смеси, в которых для приготовления термической основы используются отдельные вещества в качестве окислителя и горючего;

- ограниченное применение описанных составов из-за опасности отравлений, так как структурный тиурам, имеющий высокую эффективность как фунгицид, является высокотоксичным.

Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом составе для получения пестицидных аэрозолей, описанном в заявке на изобретение №97119013, A01N 53/00, опубликованной в 1999 году, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.

Известный состав содержит в качестве термической основы пороховую или нитроцеллюлозу (пироксилиновую крошку), смесь действующих веществ (пестицидов): инсектицидного действия - перметрина и фунгицидного действия - тиабендазола, в качестве стабилизатора горения диоксид кремния или кварцевый песок с размером частиц 300-500 мкм и труднолетучий растворитель дифениламин или дибутилфталат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Недостатком известного состава является технологическая сложность приготовления, включающая трудоемкое и длительное предварительное растворение пироксилиновой крошки в дифениламине или дибутилфталате для получения гомогенной структуры зарядов, которая характеризуется замедленным горением, которое сопровождается частичным выгоранием действующих веществ, которые задерживаются во фронте горения и не успевают выноситься в аэрозоль.

Диоксид кремния, кварцевый песок в пиротехническом составе, при горении генерирующий пестицидный аэрозоль, обеспечивает стабилизацию горения, отбирая на себя, как теплоемкое вещество, энергию горения, снижая температуру, чем уменьшается выгорание действующих веществ.

Однако этот балластный наполнитель, с учетом растворителя, изначально уменьшает в составе содержание действующих веществ на 20%.

Содержание в известном составе действующих веществ (пестицидов) практически во всем диапазоне, исключая максимальное значение, явно недостаточно для гарантированного выноса в обрабатываемый объем в потребном количестве, для создания эффективной их концентрации.

Из расчетов по математической модели планирования эксперимента следует, что массовое соотношение термической основы (пироксилиновой крошки) и действующих веществ (смеси пестицидов) должно быть равным близко к единице (0,9-1,1). Таким образом, в известном составе диапазоны массового содержания указанных компонентов необоснованно расширены и не обеспечивают функциональности по назначению.

Кроме того, массовое соотношение перметрина и тиабендазола в их смеси не конкретизировано и не оптимизировано для получения максимальной эффективности комплексного действия по назначению.

Гомогенная смесь известного состава характеризуется высокой плотностью, которая определяет трудности воспламенения зарядов, горящих в режиме дымокурения, что ограничивает применение только в закрытых помещениях из-за низкой концентрации в генерируемом аэрозоле действующих веществ, частично выгорающих из-за задержки их во фронте горения.

Технической задачей, на решение которой направлена группа изобретений, является усовершенствование известной конструкции генератора, пригодного к автоматическому залповому запуску при формировании пестицидного аэрозоля, при горении пиротехнической шашки из предложенной композиции, характеризующейся повышенным выходом действующих веществ, содержание которых ограничено относительно пироксилиновой крошки и оптимизированных по массовому соотношению в смеси, что определяет максимальную эффективность комплексного действия по назначению.

При этом конверсионно утизизируются арсенальные запасы пироксилиновой крошки, которая используется в качестве готовой термической основы пиротехнического состава, исключая применение отдельных окислителя и горючего, которые необходимо подбирать в оптимальных количествах и перемешивать.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе пестицидного аэрозоля, содержащем функциональную шашку, сообщающуюся посредством огнепроводящего шнура с воспламенительной таблеткой узла инициирования, установленную в цилиндрическом корпусе с крышкой из перкаля, оснащенном ресивером, ограниченным поперечной перемычкой, и выпускным отверстием, согласно изобретению узел инициирования выполнен в виде электровоспламенителя, закрепленного на поперечной перемычке в ресивере, в непосредственном примыкании к воспламенительной таблетке, помещенной в выпускном отверстии диафрагмы, укрепленной на торце функциональной шашки, внутри которой находится огнепроводящий шнур, при этом шлейфы электровоспламенителя помещены под крышкой, при том, что проходное сечение выпускного отверстия выполнено диаметром в 4-5 раз меньше диаметра шашки, пиротехнический состав которой включает пироксилиновую крошку, ципериметрин, тиабендазол и пластифицирующий триацетин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

В генераторе пестицидного аэрозоля альтернативной конструкции, содержащем цилиндрический корпус с выпускным отверстием и крышкой из перкаля, в котором под поперечной перемычкой, где установлен огнепередающий шнур, расположена функциональная пиротехническая шашка, по предложению авторов, выпускное отверстие выполнено в поперечной перемычке, примыкающей к верхнему торцу функциональной шашки, а огнепередающий шнур распределен по периметру шашки, при этом свободный его конец размещен под крышкой.

Отличительные признаки настоящего изобретения обеспечили возможность автоматического инициирования от общего электрического источника запуска генераторов, распределенных на обрабатываемой территории, имеющих повышенную эффективность комплексного пестицидного действия.

Вариант генератора предназначен для автономного ручного запуска в работу и характеризуется упрощенной конструкцией, при сохранении целевой эффективности действия.

За счет оптимизации массового содержания компонентов состава функциональной шашки в новом агрегатном состоянии достигается максимальная эффективность инсектицидного и фунгицидного действия в комплексе генерируемого при ее горении аэрозоля.

Выполнение узла инициирования в виде электровоспламенителя упростило конструкцию генератора и запуск его в работу, сделав пригодным для автоматизации процесса залпового инициирования ряда распределенных по обрабатываемой площади генераторов от одного внешнего устройства.

Крепление электровоспламенителя на поперечной перемычке позволяет компактно расположить его в ресивере, в непосредственном примыкании к воспламенительной таблетке повышает надежность запуска и быстродействие генератора в целом.

Помещение воспламенительной таблетки в выпускном отверстии диафрагмы определено необходимостью контактной связи с инициируемым огнепроводящим шнуром, что обеспечивает компактность установки структурных элементов в непосредственном примыкании и взаимодействии.

Установка диафрагмы на торце пиротехнической шашки изолирует ее в автономном объеме генератора, исключив пустующие пространства, что заметно увеличивает полезную нагрузку генератора.

Размещение огнепроводящего шнура внутри пиротехнической шашки обеспечивает практически мгновенный ее поджиг изнутри, увеличив площадь горения без доступа кислорода атмосферного воздуха, чем предотвращается выгорание действующих веществ и, в конечном счете, направлено на увеличение выхода последних в обрабатываемый объем.

Размещение шлейфов электровоспламенителя под перкалевой крышкой на перемычке ресивера позволяет вскрыть вручную крышку и оперативно подключить узел инициирования генератора к общей электролинии запуска, без механического доступа к электровоспламенителю, сохраняя конструктивные и функциональные взаимосвязи элементов генератора.

Особенностью генератора по изобретению является пиротехнический состав его функциональной шашки, в которой в качестве термической основы использована утилизируемая из арсенальных запасов по конверсии пироксилиновая крошка и смесь пестицидов, обеспечивающих комплексное воздействие на сельскохозяйственные растительные культуры.

Пироксилиновая крошка при горении дает большой объем газообразных продуктов для активного выноса циперметрина и тиабендазола за пределы зоны высоких температур без их термического разложения, в результате чего эффективность действия генератора увеличена.

Действующими веществами, входящими в состав шашки, являются циперметрин инсектицидного действия и тиабендазол фунгицидного действия, массовое соотношение которых подобрано таким образом, что часть тиабендазола при горении шашки затрачивается на пламягашение, предотвращая выгорание действующих веществ, которые выносятся из фронта горения.

При этом пластифицирующий состав тиацетин, имеющий низкую температуру плавления (около 250°С), при горении термически разлагается с образованием газообразных продуктов, которые выносят в атмосферу возгоняемые действующие вещества, в результате чего эффективность предложенного генератора повышается.

Коэффициент диафрагмирования в генераторе установлен в диапазоне 4-5, обеспечивая оптимальные газодинамические условия работы.

В случае, когда коэффициент диафрагмирования будет меньше 4, подпор генерируемых газообразных продуктов горения в ресивере снижается до уровня, при котором дестабилизируется горение пиротехнического состава снаряжения генератора, вплоть до затухания, при этом не формируется устойчивый форс дыма, транспортирующий действующие вещества на заданное удаление, чтобы создать максимальный объем их распространения и действия по назначению.

Когда коэффициент диафрагмирования, обеспеченный диаметром выпускного отверстия внутри корпуса, большим 5, происходит повышение аэродинамического сопротивления на диафрагме и давление внутри корпуса резко повышается, достигая предельных значений механической прочности конструкции, которая может разрушаться и генератор утрачивает свою функциональность.

Генератор по варианту выполнения (п. 3 формулы) минимально упрощен конструктивно и предназначен для ручного автономного запуска, подобно прототипу, но функционально сохраняет вышеописанные преимущества, сравнительно с известным уровнем данной области техники.

Особенностью предложенного генератора является пиротехнический состав функциональной пиротехнической шашки 1, которая включает в качестве термической основы пироксилиновую крошку, смесь действующих веществ: инсектицидный циперметрин и фунгицидный тиабендазол и в качестве пластификатора триацетин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оптимальное количественное содержание в пиротехнической шашке 1 компонентов состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента для максимального выхода действующих веществ в аэрозоль при горении.

При содержании в пиротехническом составе шашки 1 пироксилиновой крошки меньше 44 мас.% ее воспламеняемость ухудшается до нестабильной, уменьшается выход действующих веществ из-за снижения генерируемых при горении газов-носителей, в результате часть пестицидов выгорает.

При содержании в пиротехническом составе шашки 1 пироксилиновой крошки больше 50 мас.% повышается скорость реакций горения, может возникать пламенное горение, в результате чего действующие вещества, вынос которых замедляется, будут частично выгорать, что заметно снижает эффективность комплексного пестицидного действия генерируемого аэрозоля.

Соотношение смеси действующих веществ к термической основе из пироксилинового пороха, сравнительно с прототипом, выбрано практически в равных долях, при том, что соотношение циперметрина и тиабендазола оптимизировано как 1,0:2,5 по максимальной эффективности комплексного угнетающего действия на насекомых и микроорганизмы.

Смесь порошкообразных пироксилиновой крошки с действующими веществами при взаимодействии с тиацетином образует гранулы, покрытые липким слоем пластификатора, которые легко уплотняются в газопроницаемые заряды, характеризующиеся высокой скоростью горения при относительно низкой температуре 580-660°С и высокодинамичным выносом генерируемого аэрозоля комплексного пестицидного действия.

Слой тиацетина, покрывающий гранулы смеси, при термическом разложении образует нейтральные газы, которые транспортируют генерируемый затем аэрозоль из фронта горения шашки 1, что сохраняет действующие вещества от выгорания.

При выбранном массовом содержании пироксилиновой крошки 44-50 мас.%, которое обеспечивает образование большого количества газообразных продуктов горения для динамичного выноса действующих веществ в оптимизированном диапазоне, равном 44-46 мас.%. Это соотношение технологично, так как обеспечивает равномерное смешивание компонентов и уплотнение пористой смеси в заряды, которые характеризуются максимальным выносом действующих веществ.

При этом для повышения эффективности комплексного действия соотношение инсектицида и фунгицида в смеси действующих веществ определено в диапазоне их содержания (мас.%):

Количество тиабендазола в пиротехническом составе установлено с учетом части его расхода на термическое разложение с образованием газов-носителей, интенсифицирующих вынос действующих веществ в аэрозоль.

При содержании в пиротехническом составе циперметрина меньше 11 мас.% эффективность инсектицидного действия генерируемого аэрозоля будет недостаточна для поражения тли, блошки, трипсы, пьявицы, цикадки, колорадского жука рапсового короеда, крестоцветной блошки, долгоносиков, гороховой зерновки, а также тараканов, блох, мух, постельных клопов и муравьев.

Содержание в пиротехническом составе циперметрина больше 14 мас.% является избыточным, балластная часть которого будет выгорать.

При содержании в пиротехническом составе тиабендазола меньше 30 мас.% изменится режим горения шашки, с поскоками пламени, в результате чего сократится вынос в аэрозоль действующих веществ и эффективность его комплексного пестицидного действия снижается.

Содержание в пиротехническом составе тиабендазола больше 35 мас.% нецелесообразно, так как роста эффективности фунгицидного действия генерируемого аэрозоля не происходит и не отмечается снижения температуры горения шашки, в структуре которой соответственно уменьшается доля остальных компонентов состава с негативными от этого последствиями.

Содержание триацетина в пиротехническом составе выбрано в диапазоне содержания 6-10 мас.% для гарантированного покрытия гранул смеси сухих компонентов липкой пленкой, с образованием при смешивании пористого пластичного материала, который легко уплотняется в заряды, характеризующиеся относительно высокими скоростями горения и выноса пестицидов из фронта горения.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.

Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.

Предложенные отличия генератора пестицидного аэрозоля и пиротехнического состава его функциональной шашки, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по генераторам для санитарной обработки сельхозрастений.

Изготовление генераторов пестицидного аэрозоля и функциональных шашек для них по настоящему изобретению возможно на действующем пиротехническом производстве серийно.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.

На чертеже изображено:

на фиг. 1 - общий вид генератора пестицидного аэрозоля, в разрезе;

на фиг. 2 - то же, при центральном расположении огнепроводящего шнура;

на фиг. 3 - то же, вариант выполнения по п. 3 формулы.

Генератор пестицидного аэрозоля включает пиротехническую шашку 1, установленную в цилиндрическом корпусе 2 из картона, который закрыт крышкой 3 из перкаля.

Внутри пиротехнической шашки 1 размещен огнепроводящий шнур 4, который распределен по ее периферии (фиг. 1 и 3) или расположен по оси симметрии (фиг. 2).

На верхнем по чертежу торце шашки 1 закреплена диафрагма 5 с осевым выпускным отверстием 6, диаметр которого в 4-5 раз меньше диаметра корпуса 2, в котором установлена шашка 1.

Огнепроводящий шнур 4 примыкает к воспламенительной таблетке 7, а сверху которой находится электровоспламенитель 8, закрепленный на поперечине 9, которая опирается на мерную обечайку 10, формообразующую ресивер 11.

Шлейфы электровоспламенителя 12 помещены под крышкой 3 и легко доступны для коммутации с внешним источником электропитания.

В генераторе пестицидного аэрозоля по варианту выполнения (фиг. 3) исключен электровоспламенитель 8 и воспламенительная таблетка 7, отсутствует ресивер 11.

Центральный огнепроводящий шнур 4 размещен в выпускном отверстии 6 диафрагмы 5, а его свободный конец расположен под крышкой 3 из перкаля для свободного доступа при ручном автономном запуске, когда перкаль крышки 3 прорывается и от любого источника открытого огня поджигается со свободного конца шнур 4.

Пиротехнический состав функциональной шашки 1 приготавливается простым смешиванием компонентов в лопастном смесителе по принятой в отрасли технологии.

В смеситель загружаются все порошкообразные компоненты в оптимизированном соотношении (мас.%): 47±3 пироксилиновая крошка, 12,5±1,5 циперметрин, 32,5±2,5 тиабендазол, которые смешиваются 7-10 минут для равномерного распределения в объеме.

Затем в композицию добавляется 8±2 мас.% пластифицирующего триацетина и вновь проводится смешивание в течение 5-7 минут для того, чтобы на формируемых гранулах смеси компонентов образовался липкий слой пластификатора.

Приготовленная высокопористая композиция направляется далее на формирование зарядов уплотнением вручную.

Количественное соотношение компонентов предложенного пиротехнического состава для получения пестицидного аэрозоля было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено результатами экспериментальной проверки функционирования опытных образцов зарядов по назначению, которые показали достижение повышенных характеристик по комплексному пестицидному действию аэродисперсного образования при горении состава, компоненты которого содержатся в пределах оптимизированных диапазонов.

В таблице приведены характерные рецепты составов испытанных зарядов, в которых компоненты находятся в пределах заявленных диапазонов, на его границах и за границами оптимизированных диапазонов содержания.

В результате проведения огневых испытаний опытных образцов пиротехнических зарядов для получения пестицидного аэрозоля составы 2-4 показали полное соответствие требованиям по максимальному выходу в аэрозоль действующих веществ.

Состав 1 характеризуется замедленным горением, сопровождающимся выгоранием части действующих веществ, концентрация которых в генерируемом аэрозоле неудовлетворительна для эффективного комплексного угнетающего действия на вредных насекомых и микроорганизмы.

Состав 5 горит с повышенной скоростью, в результате чего выход действующих веществ снизился из-за большого их выгорания во фронте горения заряда, эффективность пестицидного действия генерируемого аэрозоля низкая, на уровне прототипа.

Испытания опытных образцов генераторов предложенной конструкции с модернизированным пиротехническим составом функциональной шашки подтвердил повышенную эффективность комплексного пестицидного действия генерируемого аэрозоля в генераторах, связанных с общим устройством автоматического запуска.

Генератор упрощенной конструкции для ручного автономного запуска удобен в инициировании от любого источника открытого огня при сохранении достигнутой эффективности основного действия по назначению.