ПЛАМЕГАСЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ОРГАНИЧЕСКУЮ КИСЛОТУ

По данной заявке испрашивается приоритет от 16 августа 2011 по дате подачи китайской патентной заявки 201110235101.3, полное содержание которой включено в текст данного описания посредством ссылки.

Область техники

Изобретение относится к области производства аэрозольных средств пожаротушения и, в частности, к пламегасящей композиции, которая может быть нагрета с целью ее разложения с образованием пламегасящего вещества.

Уровень техники

С тех пор как Монреальской конвенцией в 1987 г. (Канада) всем странам была предложена конкретная задача замены средства пожаротушения на основе хладона, все страны мира сосредоточили усилия на исследовании новых технологий пожаротушения, т.е. целью прилагаемых усилий стало обеспечение высокоэффективной технологии пожаротушения, которая не приводит к загрязнению окружающей среды. Так как такие системы пожаротушения, как газовая система пожаротушения, порошковая система пожаротушения, система пожаротушения водного типа и т.д. являются безопасными для окружающей среды, они широко используются в качестве заменителей средства пожаротушения на основе хладона.

Однако все эти системы пожаротушения следует хранить при высоком давлении; они не только занимают большой объем, но также создают опасность физического взрыва во время хранения. В документе «Security Analysis of Gas Fire-extinguishing Systems» (Fire Science and Technology 2002 21(5)) проанализирован риск использования газовой системы пожаротушения и перечислены несчастные случаи, вызванные использованием газовых систем пожаротушения, хранящихся под давлением.

В последние годы проводили исследования пламегасящих веществ, заменяющих хладон, в ходе которых Проектная группа следующего поколения технологий пожаротушения (Next Generation Fire Extinguishing Technology Project Group (NGP)) Центра по исследованию зданий и пожаров Национального института стандартов и технологии США (Building and Fire Research Centre of the US National Institute of Standards and Technology (NIST)) провела огромное количество экспериментов, рассматривая множество новых пламегасящих составов, при этом указанные эксперименты включали нагревание азота, диоксида углерода и CF₃H и последующее нагревание испытываемых веществ с этими высокотемпературными газами, после чего испытываемые вещества разлагали при высокой температуре и воздействовали ими на пламя совместно с газами. Согласно этим экспериментам было обнаружено, что продукты, получаемые при нагревании и разложении некоторых испытываемых веществ, могут значительно улучшать пламегасящий эффект азота, диоксида углерода и газообразного CF₃H (Halón Options Technical Working Conference, April 2001, Albuquerque, NM, Suppression of Cup-burner Diffusion Flames by Super-effective Chemical Inhibitors and Inert Compounds; Combustion and Flame 129:221-238(2002); Inhibition of Premixed Methane Flame by Manganese and Tin Compounds, Halon Options Technical Working Conference May 2000, Flame Inhibition by Ferrocene, alone and with CO₂ and CF₃H).

Однако проектной группой были проведены только лабораторные теоретические исследования, без практического применения в средствах пожаротушения.

Существующие аэрозольные пламегасящие агенты в основном включают пламегасящие агенты S- и К-типа; на основании всестороннего анализа рабочих характеристик, они в основном имеют следующие недостатки: все аэрозольные пламегасящие агенты используют для проведения окислительно-восстановительной реакции, в результате которой выделяется большое количество газов и активных частиц, чтобы достичь комбинированного химического и физического гашения пламени посредством реакции прерывания цепи активных частиц и окутывания большим количеством газов. Генерирующие аэрозоль агенты могут выделять пламегасящие вещества в ходе реакций горения, в то же время высвобождая большое количество тепла. Чтобы эффективно снизить температуру устройства и аэрозоля и избежать вторичного возгорания, следует устанавливать систему охлаждения, что приводит к сложной и массивной конструкции устройства, сложному процессу изготовления и высокой стоимости. Из-за наличия системы охлаждения большое количество активных частиц дезактивируются, и рабочие характеристики средств пожаротушения в значительной степени ухудшаются.

Краткое описание изобретения

Для решения вышеупомянутых технических проблем пламегасящих композиций существующего уровня техники предложена пламегасящая композиция, содержащая органическую кислоту, которая обладает улучшенным пламегасящим эффектом и более высокими характеристиками безопасности.

Техническое решение данного изобретения заключается в следующем:

пламегасящая композиция отличается тем, что содержит органическую кислоту, содержание которой составляет 50% масс. или более, а предпочтительно от 70% масс. до 90% масс.; органическая кислота по данному изобретению может поглощать тепло и разлагаться при высокой температуре, и высвобождать пламегасящее вещество, которое может взаимодействовать посредством свободных радикалов с одним или более свободных радикалов, выбранных из О, ΟΗ·, Η·, которые необходимы для горения с организацией химических циклов, таким образом прерывая горение с образованием химических циклов, или может снижать парциальное давление кислорода посредством физического воздействия для ингибирования пламени, или достигать пламегасящего эффекта посредством как физического, так и химического ингибирования. В то же время возникает синергетический эффект при совместном использовании органической кислоты с пиротехническим агентом, таким образом дополнительно улучшается способность к пожаротушению пламегасящего агента и значительно сокращается эффективное время пожаротушения.

Чтобы улучшить способность к пожаротушению основного пламегасящего материала, т.е. органической кислоты, к вышеупомянутой пламегасящей композиции можно дополнительно добавить огнезащитный состав, т.е. огнезащитный состав на основе брома, огнезащитный состав на основе хлора, огнезащитный состав на основе фосфорорганического соединения, огнезащитный состав на основе галогенида фосфора, огнезащитный состав на основе азота и азота-фосфора, или другие огнезащитные составы, или любое их сочетание, а конкретно он может представлять собой диаммонийфосфат, дигидрофосфат аммония, дициандиамид, меламин, тетрабромбисфенол А, тетрахлорбисфенол А, декабромдифенильный простой эфир, 9,10-дигидро-9-окса-10-фосфафенатрен-10-оксид (ДОФО), трис(дибромфенил)фосфат, мономеламинфосфат, гуанидинфосфат, гуанидинкарбонат, полифосфат аммония и т.д., при этом содержание огнезащитного состава в пламегасящей композиции составляет менее 50% масс. или, например, менее 40%, предпочтительно менее 30% и оптимально от 4% до 25%.

Чтобы повысить технологические свойства основного пламегасящего материала, т.е. органической кислоты, в пламегасящую композицию по данному изобретению можно дополнительно ввести добавку, содержание которой составляет от 0,1% до 10% масс., предпочтительно от 0,1% до 5%; добавка может представлять собой раствор водорастворимого соединения или смеси соединений из стеарата, графита и полимера, или также она может представлять собой одно или более таких веществ, как жидкое стекло, фенольная смола, шеллак и крахмал, в зависимости от условий применения.

К пламегасящей композиции по данному изобретению можно дополнительно добавить вспомогательный пламегасящий материал при содержании от 0% до 30% масс., предпочтительно от 4% до 25%, которое можно регулировать; вспомогательный пламегасящий материал может быть выбран из производных ферроцена или ферроценила, или из смеси ферроцена и его производных, или также он может представлять собой одно из следующих веществ: карбонат марганца, основной карбонат меди, основной карбонат магния, карбонат железа (II), цитрат калия, цитрат натрия, цитрат аммония, цитрат аммония-железа (III), оксалат калия, оксалат натрия, оксалат аммония, оксалат железа, оксалат магния, оксалат марганца и оксалат меди, или их сочетание.

Органическая кислота по данному изобретению может представлять собой каприновую кислоту, додекановую кислоту, тетрадекановую кислоту, гексадекановую кислоту, гептадекановую кислоту, октадекановую кислоту, эйкозановую кислоту, докозановую кислоту, гексакозановую кислоту, гентриаконтиловую кислоту, дотриаконтановую кислоту, кротоновую кислоту, олеиновую кислоту, гептадеценовую кислоту, гексадеценовую кислоту, гексадиеновую кислоту, щавелевую кислоту, малоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, пимелиновую кислоту, субериновую кислоту, себациновую кислоту, брассиловую кислоту, гексадекандикислоту, цис-кротоновую кислоту, транс-кротоновую кислоту, 2-гидроксипропионовую кислоту, 2-гидроксибутандикислоту, 2,3-дигидроксибутандикислоту, 2-гидрокси-1,2,3-пропантрикарбоновую кислоту, 3-фенил-2-пропеновую кислоту, 2-гидроксибензойную кислоту, 3,4,5-тригидроксибензойную кислоту, бензойную кислоту или метилгуанидоуксусную кислоту.

Пламегасящая композиция, содержащая органическую кислоту по данному изобретению, имеет следующие преимущества:

во-первых, пламегасящая композиция по данному изобретению содержит органическую кислоту и способна выделять гасящее пламя вещество в момент ее нагревания с целью разложения, чтобы гасить пламя с использованием эффекта физического или химического ингибирования, или синергетического эффекта физического и химического ингибирования, создаваемого пламегасящим веществом; кроме того, пламегасящая композиция по данному изобретению также оптимизирована по содержанию основного пламегасящего материала для получения наилучшего эффекта пожаротушения, в результате чего эффект пожаротушения значительно повышается, время гашения пламени сокращается, и эффективность гашения пламени пламегасящей композицией повышается;

во-вторых, к пламегасящей композиции по данному изобретению добавлен огнезащитный состав, добавка и другие вспомогательные пламегасящие материалы, таким образом дополнительно улучшается способность к пожаротушению и технологические свойства основного пламегасящего материала, т.е. органической кислоты, что придает пламегасящей композиции стабильность в эксплуатации и удобство длительного хранения;

в-третьих, пламегасящая композиция по данному изобретению более подходит для использования с пиротехническим агентом в качестве источника тепла;

в-четвертых, при нагревании пламегасящая композиция по данному изобретению может поглощать тепло и быстро разлагаться, что приводит к эффективному и быстрому снижению тепла, выделяемого при горении пиротехнического агента, снижению в значительной степени температуры сопла огнетушителя и распыляемого вещества и повышению безопасности.

Подробное описание воплощений изобретения

Ниже описаны воплощения пламегасящей композиции по изобретению, содержащей органическую кислоту, в сочетании с экспериментальными данными.

Пламегасящая композиция содержит органическую кислоту в количестве 50% масс., или более предпочтительно от 70 до 90% масс., и органическая кислота может быть выбрана из каприновой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты, гептадекановой кислоты, октадекановой кислоты, эйкозановой кислоты, докозановой кислоты, гексакозановой кислоты, гентриаконтиловой кислоты, дотриаконтановой кислоты, кротоновой кислоты, олеиновой кислоты, гептадеценовой кислоты, гексадеценовой кислоты, гексадиеновой кислоты, щавелевой кислоты, малоновой кислоты, янтарной кислоты, глутаровой кислоты, пимелиновой кислоты, субериновой кислоты, себациновой кислоты, брассиловой кислоты, гексадекандикислоты, цис-кротоновой кислоты, транс-кротоновой кислоты, 2-гидроксипропионовой кислоты, 2-гидроксибутандикислоты, 2,3-дигидроксибутандикислоты, 2-гидрокси-1,2,3-пропантрикарбоновой кислоты, 3-фенил-2-пропеновой кислоты, 2-гидроксибензойной кислоты, 3,4,5-тригидроксибензойной кислоты, бензойной кислоты или метилгуанидоуксусной кислоты и т.д., и все эти вещества могут поглощать тепло с разложением при высокой температуре и выделением пламегасящего вещества. Пламегасящее вещество может реагировать посредством свободных радикалов с одним или более свободных радикалов из О, ΟΗ· и Η, которые необходимы для сгорания с организацией химических циклов, таким образом прерывая горение с образованием химических циклов, или может снижать парциальное давление кислорода посредством физического воздействия для ингибирования пламени, или достигать пламегасящего эффекта посредством как физического, так и химического ингибирования. В то же время возникает синергетический эффект при совместном использовании органической кислоты с пиротехническим агентом, таким образом дополнительно улучшается способность к пожаротушению пламегасящего агента и значительно сокращается эффективное время пожаротушения.

Чтобы улучшить способность к пожаротушению основного пламегасящего материала, т.е. органической кислоты, к пламегасящей композиции может быть дополнительно добавлен огнезащитный состав, т.е. огнезащитный состав на основе брома, огнезащитный состав на основе хлора, огнезащитный состав на основе фосфорорганического соединения, огнезащитный состав на основе галогенида фосфора, огнезащитный состав на основе азота и фосфора-азота, неорганический огнезащитный состав или любое их сочетание, более конкретно, он может представлять собой диаммонийфосфат, дигидрофосфат аммония, дициандиамид, меламин, тетрабромбисфенол А, тетрахлорбисфенол А, декабромбифениловый простой эфир, ДОФО, трис(дибромфенил)фосфат, мономеламинфосфат, гуанидинфосфат, гуанидинкарбонат, полифосфат аммония и т.д., не ограничиваясь перечисленным, и можно применять любой огнезащитный состав, который может быть смешан с органической кислотой для достижения хорошего пламегасящего эффекта, при этом содержание огнезащитного состава в пламегасящей композиции составляет менее 50% масс. или возможно менее 40% масс., предпочтительно менее 30% и оптимально от 4 до 25%, и его регулируют в соответствии с конкретными соотношениями.

Для повышения технологических свойств основного пламегасящего материала, т.е. соединения органической кислоты, в пламегасящую композицию по данному изобретению можно дополнительно ввести добавку при содержании от 0,1 до 10% масс., предпочтительно от 0,1% до 5%; добавка может представлять собой раствор водорастворимого соединения или смеси соединений из стеарата, графита и полимера, или также она может представлять собой одно или более таких веществ, как жидкое стекло, фенольная смола, шеллак и крахмал, в зависимости от условий применения; при этом добавка содержит адгезив, известный в данной области техники. Обычно содержание добавки в пламегасящей композиции регулируют на уровне ниже 15% масс.

К пламегасящей композиции по данному изобретению дополнительно может быть добавлен вспомогательный пламегасящий материал при содержании от 0 до 30% масс., предпочтительно от 4 до 25% масс., которое можно регулировать; вспомогательный пламегасящий материал может быть выбран из производного ферроцена или ферроценила, или смеси ферроцена и его производных, или также он может представлять собой одно из следующих соединений: карбонат марганца, основной карбонат меди, основной карбонат магния, карбонат железа (II), цитрат калия, цитрат натрия, цитрат аммония, цитрат аммония-железа (III), оксалат калия, оксалат натрия, оксалат аммония, оксалат железа, оксалат магния, оксалат марганца и оксалат меди, или их комбинация.

65 г приготовленной таблетированной пламегасящей композиции вводили соответственно в устройства пожаротушения, заряженные 50 г генерирующего горячий аэрозоль агента К-типа, для проведения испытаний на пожаротушение по п. 6.3.2 GA86-2009 соответственно при уровне пожаротушения 8В. Результаты испытаний приведены в таблице 1, при этом в сравнительном примере применяли 50 г имеющегося в продаже генерирующего горячий аэрозоль агента К-типа.

Из таблицы 1 ясно видно, что эффективность пожаротушения композиций по примерам 1-12 по изобретению, в которых в качестве основных пламегасящих материалов используют органические кислоты, значительно лучше, чем этот показатель для сравнительного примера, при этом сокращается время гашения пламени, и снижается температура сопла генератора по сравнению с этими показателями для сравнительного примера.