Результат интеллектуальной деятельности: ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ

Изобретение относится к химическим средствам тушения пожаров, а более конкретно к огнегасительным составам, содержащим газообразующие химически активные вещества, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в закрытых объемах.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический аэрозолеобразующий состав по патенту RU 2153376 C1, A62D 1/06, 2000 г., содержащий (мас.%): 67-70 нитрат калия - окислитель, 9-13 идитол (фенолформальдегидная смола) в качестве органического горючего связующего и 18-20 газообразующего дициандиамида.

Недостатком описанного состава является невысокая эффективность пожаротушения при неполном сгорании компонентов, что ограничивает его применение в закрытых непроветриваемых помещениях из-за токсичности генерируемых газоаэрозольных продуктов, содержащих HCN, NH₃ и СО, с высокой температурой, для снижения которой необходимы дополнительные капитальные вложения на продуктивные охладители, что повышает потребительскую стоимость работ.

Более совершенным является пиротехнический аэрозолеобразующий состав, описанный в патенте RU 2392993 C1, A62D 1/06, 2009 г., который содержит, мас.%: 70-76 нитрат калия, 7-14 идитол и 13-20 дициандиамид.

В известном аэрозолеобразующем составе в качестве альтернативы дициандиамиду используются уротропин технический или карбамид, или их двойная смесь с дициандиамидом, являющиеся подобными газообразователями, выбранными по соображениям доступности, отечественной сырьевой и технологической базы.

Эти газообразователи не являются источниками токсических веществ в тушащей смеси и обеспечивают сопоставимость действия дициандиамида в аэрозолеобразующем составе по основному назначению.

Особенностью известного состава является оптимизация массового содержания компонентов термической основы, близкой к стехиометрическому, для обеспечения полноты сгорания и модификация идитола в форме лака путем предварительной обработкой этиловым спиртом для повышения адгезионных связей компонентов при смешивании.

Известный состав характеризуется повышенным выходом тушащей газоаэрозольной смеси.

Однако, недостатком известного пиротехнического состава является ярко выраженные щелочные свойства генерируемого аэрозоля, содержащего продукты разложения нитрата калия (К₂О и КОН) и токсичного аммиака, источником которого является дициандиамид.

Это существенно ограничивает объем применения известного состава в электротехнике из-за высокого коррозионного действия на контакты и не удовлетворительной экологичности, негативно воздействующей на организм человека в закрытых непроветриваемых помещениях.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение отмеченных недостатков, обеспечив безвредность генерируемой огнетушащей газоаэрозольной смеси, температура которой снижена до уровня практического применения без специальных охладителей.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав для объемного тушения пожара, включающий нитрат калия в качестве окислителя, идитол - органическое горючее связующее, и в качестве газообразователя двойную смесь уротропина с карбамидом, согласно изобретению, дополнительно содержит в качестве основного окислителя йодат калия при следующем содержании компонентов, мас.%:

Отличительные признаки обеспечили расширение области безопасного применения функционально надежного пиротехнического состава, в газоаэрозольных продуктах горения которого с температурой вдвое ниже, чем по аналогам, практически нет токсических и вредных веществ.

Кислородсодержащий основной окислитель йодат калия при термическом взаимодействии с идитолом образует огнетушащие вещества, которые не обладают агрессивными щелочными свойствами, не вредны и не токсичны.

Основной окислитель йодат калия обеспечивает генерирование аэрозоля с высокими пожаротушащими свойствами, но скорость горения состава при этом недостаточна для интенсивного создания требуемой концентрации ингибиторов, необходимой для эффективного подавления источника возгорания.

Дополнительный окислитель нитрат калия в минимально необходимом количестве служит активатором горения состава, повышая скорость горения и генерирования огнетушащего аэрозоля, способствуя более активному диспергированию образующихся шлаков и выносу их из генератора вместе с аэрозолем.

Кроме того, нитрат калия выполняет функции технологической добавки для приготовления сыпучей смеси, предотвращая комкование йодата калия и схватывание его в монолит, и в качестве рыхлителя обеспечивает равномерное распределение компонентов в смеси.

Совместное использование йодата калия с нитратом калия приводит к образованию активного аэрозоля повышенной эффективности тушения, но при этом возникают проблемы из-за заметного повышения температуры горения состава и коррозионной активности тушащей смеси, ограничивающей применение состава в электроустановках.

Поэтому массовое соотношение йодата калия с активатором - дополнительным активным кислородсодержащим окислителем нитратом калия оптимизировано экспериментально из условия обеспечения технологичности изготовления состава на действующем пиротехническом оборудовании и необходимой химической активности и безопасности, при минимизации выхода в аэрозоль вредных веществ.

При содержании в пиротехническом аэрозолеобразующем составе йодата калия больше 65 мас.% происходит его комкование и схватывание в конгломераты, что исключает перемешивание компонентов для приготовления сыпучей композиции, пригодной для дальнейшей переработки прессованием в функциональный заряд.

При содержании в пиротехническом аэрозолеобразующем составе йодата калия меньше 55 мас.% растет температура газоаэрозольных продуктов горения из-за появления жидкой высокотемпературной конденсированной фазы при увеличении доли активатора - нитрата калия.

При содержании нитрата калия меньше 11 мас.% не обеспечивается равномерность распределения компонентов в смеси, нестабильное горение которой происходит с неудовлетворительной скоростью.

При содержании активатора больше 13 мас.% резко растет температура продуктов горения, ухудшая пожаротушащую способность генерируемого аэрозоля, при повышении взрывчатых свойств тушащей смеси, используемой в закрытых непроветриваемых помещениях.

В предлагаемом изобретении йодат калия является частью (основной) комплексного окислителя в сочетании с нитратом калия, при массовом соотношении (55-65):(11-13) соответственно, обеспечивающем безвредность функционирования состава при необходимой скорости горения пиротехнического заряда.

Экспериментальная оптимизация массового соотношения в комплексном окислителе йодата калия и нитрата калия как 5:1 обеспечила, сравнительно с известными аналогами, снижение температуры горения пиротехнической композиции, исключив появление пламени, и уменьшение коррозионной активности генерируемого аэрозоля, в котором практически отсутствуют щелочные частицы, что позволяет применять огнетушащий состав без дополнительных охладителей и расширяет его технологические возможности по тушению пожаров в замкнутых объемах электрошкафов, блоков управления, пультов и др. аппаратуры, содержащей открытые электроконтакты.

Таким образом, присутствие йодата калия в количестве более 50% в пиротехническом аэрозолеобразующем составе обеспечивает новый технический результат, который достигается при взаимодействии с нитратом калия, в присутствии идитола, уротропина и карбамида, содержание которых оптимизировано в заявленном массовом соотношении.

Массовое содержание в термической основе состава горючего связующего идитола выбрано в диапазоне, при котором обеспечивается полное сгорание структурного углерода до безопасного диоксида углерода.

При содержании в составе идитола меньше 10 мас.% скорость горения снижается до уровня, когда окислитель разлагается не полностью, в результате чего теплотворной способности недостаточно для генерирования функционального аэрозоля в заданном объеме, обеспечивающем огнетушащую концентрацию в защищаемом изолированном помещении.

При содержании в составе идитола больше 14 мас.% происходит неполное сгорание из-за отрицательного кислородного баланса с выходом токсичного монооксида углерода в защищаемое помещение, чем резко ограничивается область практического применения состава по причине угарного действия на живой организм.

Оптимизированное массовое соотношение компонентов термической основы предложенного состава обеспечивает практически нулевой кислородный баланс и полное догорание активатора (в минимизированном содержании нитрата калия), что практически исключает выход вредных продуктов термического разложения в газо-аэрозольную тушащую смесь.

Содержание в составе газообразующих уротропина химической формулы (CH₂)₆N₄ и карбамида (NH₂)₂CO минимально необходимое, достаточное для формирования рабочего тела газоаэрозольной тушащей смеси, надежно транспортирующего ингибиторы горения к очагу возгорания.

При этом карбамид очищает горячие дымовые газы от оксидов азота до СO₂ и Н₂О, которые являются ингибиторами горения, разбавляют генерируемый аэрозоль, снижая его температуру, что повышает эффективность пожаротушения:

Суммарное содержание в пиротехническом составе газообразующих уротропина и карбамида меньше 14 мас.% является недостаточным для полного выноса генерируемой тушащей смеси, чем снижается продуктивность огнетушения.

Суммарное содержание в пиротехническом составе газообразующих уротропина и карбамида больше 18 мас.% является балластным, так как при этом не отмечается улучшения показателей назначения.

Оптимальное массовое соотношение газообразователей в двойной смеси уротропина к карбамиду как (2,6-3,7):1 было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло экспериментальное подтверждение эффективностью взаимодействия по назначению.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Сущность изобретения иллюстрируется технологическим режимом изготовления пиротехнического состава для аэрозольного объемного пожаротушения.

Предложенный состав приготавливается на штатном стандартном оборудовании, действующем в пиротехническом производстве.

Мерную навеску предварительно измельченного идитола марки СФ-112А, ГОСТ 18694-80 обрабатывают в течение 5 мин в лопастном смесителе орошением этиловым спиртом в массовом соотношении (3,5-5):1. При этом поверхность частиц горючего связующего приобретает дополнительную липкость к остальным компонентам состава при смешивании.

Затем в смеситель последовательно загружают структурные компоненты состава в выбранном диапазоне содержания: йодат калия (ГОСТ 4202-75) - окислитель; нитрат калия (ГОСТ 19790-74) - технологический рыхлитель, активатор горения; газообразователи уротропин (ГОСТ 1381-73) и карбамид (ГОСТ 2081-92), - и перемешивают в течение 10 мин.

Приготовленный состав выгружают из смесителя и пропускают через сетку гранулятора для предотвращения образования комков и улучшения объемной дозируемости состава на операции прессования зарядов.

Оптимизированное расчетом массовое содержание компонентов составов по изобретению было экспериментально проверено на опытных образцах прессованных при уд. давлении 500 кгс/см² зарядов.

Составы с различным сочетанием массового содержанием компонентов: в пределах предложенных диапазонов, на границах и вне этих границ, были испытаны с определением основных технических характеристик назначения: скорости горения, огнетушащей концентрации генерируемой газоаэрозольной смеси и количество дисперсной фазы в ней.

За счет технологически обеспеченной однородности структуры прочно связанных компонентов прессованные заряды характеризуются повышенным качеством эксплуатационных показателей назначения (средние значения): скорость горения состава 2,6 мм/с, количество дисперсной фазы 65%, огнетушащая концентрация 35 г/м³, которые получены на составах предложенного качественного и количественного состава.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня данной области техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста противопожарной техники, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнического аэрозолеобразующего состава для объемного тушения пожара, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Технологичность приготовления предложенного пиротехнического аэрозолеобразующего состава и функциональность прессованных из него зарядов, при условии достигнутой экологичности тушащей смеси для пожаротушения в закрытых объемах непроветриваемых помещений, позволяют рекомендовать изобретение на промышленное производство в действующем пиротехническом оборудовании по заказам потребителей.