ИМИТАТОР O-ИЗОБУТИЛ-S-2-(N, N-ДИЭТИЛАМИНО) ЭТИЛМЕТИЛФОСФОНАТА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ УДАЛЕНИЯ ЕГО КАПЕЛЬ ИЗ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОРОШКОВЫМИ РЕЦЕПТУРАМИ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области имитаторов токсичных химикатов.

Повышение эффективности порошковых рецептур (ПР) в индивидуальных дегазирующих пакетах для проведения специальной обработки боевой экипировки военнослужащего (БЭВ), зараженной токсичными химикатами, в подразделениях войск является актуальной проблемой. Решение этой проблемы требует изучения закономерностей заражения текстильных материалов токсичными химикатами и их удаления порошковыми рецептурами. Одним из наиболее токсичных и устойчивых химикатов является O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфонат. В этой связи задача по разработке имитатора заражения текстильных материалов O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино) этилметилфосфонатом и изучению его удаления порошковыми рецептурами является актуальной.

В настоящее время известно применение имитаторов токсичного химиката O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната. Они используются для обучения личного состава войск практическим навыкам работы с приборами химической разведки, ведению химической разведки и наблюдения, преодолению и дегазации зараженных участков местности, проведению дегазации вооружения и военной техники, обмундирования, обуви, снаряжения и средств индивидуальной защиты, слаживания частей и подразделений при выполнении ими мероприятий обеспечения химической защиты, работе на оптических инфракрасных дистанционных средствах химической разведки, контроля и проверки их работоспособности.

В литературе имеются сведения об использовании диметилметилфосфоната (CH₃O)₂СН₃РО) и гексафторида серы (SF₆) в качестве имитаторов фосфорорганических отравляющих веществ при разработке и испытаниях лидарных систем дистанционного обнаружения химического заражения воздушной среды [Ерин А.И., Тальберг Д.Д., Малышев В.А., Гозенбук В.А. Современные принципы организации и аппаратурного оснащения органов химической разведки и химического контроля (обзор) // Гражданская оборона за рубежом. - 1991. - №5, 6. - С. 39-44]. Однако данные соединения применяются для моделирования оптических характеристик фосфорорганических веществ в узком спектральном диапазоне, соответствующем рабочему спектральному диапазону активных лидарных систем на основе СО₂-лазеров и только в атмосфере. Гексафторид серы не может быть применен, так как он токсичен и не соответствует агрегатному состоянию (это газ). Диметилметилфосфонат более летучее вещество, по сравнению с моделируемым веществом. Это искажает результаты исследований по удалению жидкой фазы фосфорорганического вещества (ФОВ), поэтому не может быть применено для этих целей.

Известны органические соединения, использующиеся в качестве имитаторов фосфорорганических веществ, триметилфосфат и диметилсульфоксид, имеющие близкие к фосфорорганическим веществам спектральные характеристики в среднем инфракрасном диапазоне в парообразном состоянии [Патент РФ №2261858, МПК: С07С 317/04, G01N 21/35 от 10.10.2005]. Данные соединения применяются в среднем инфракрасном диапазоне в парообразном состоянии и имитируют только спектральные характеристики фосфорорганических веществ в атмосфере. Диметилсульфоксид обладает повышенной гигроскопичностью. Это существенно влияет на изучаемые процессы и поэтому оно не может быть использовано. Триметилфосфат более летуч по сравнению с моделируемым веществом. Это искажает результаты исследований по удалению жидкой фазы ФОВ, поэтому не может быть применено для этих целей.

Известен имитатор химического заражения почвы О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино) этилметилфосфонатом [Патент РФ №2465260, МПК: C06D7 от 06.06.2011 г. ]. Он представляет собой водный раствор пикриновой кислоты (2,4,6-тринитрофенола) НОС₆Н₂(NO₂)₃ в следующем соотношении компонентов, мас. %: пикриновая кислота 0,8-1,1; вода 98,9-99,2. Водный раствор пикриновой кислоты обладает аналогичным коэффициентом перераспределения в системе «октанол-вода». Применение этого состава позволяет учитывать процесс растворения в воде при исследовании динамики его распространения в почве или в пористых средах. Использование вышеуказанного раствора в качестве имитатора О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната некорректно в условиях заражения текстильных материалов и его удаления порошковыми рецептурами вследствие несоответствия основным критериям: параметру растворимости и коэффициенту поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость газ». Поверхностное натяжение и параметр растворимости отличается в два раза, что приводит к изменению локальной плотности заражения и скорости процессов проникания в структуру твердого вещества.

Имеются сведения о имитаторе химического заражения водной среды веществом ви-экс [Патент РФ №2465259, МПК: C06D7]. Это этиловый эфир β-фенилакриловой кислоты, который является малотоксичным веществом, позволяющим изучать динамику распространения в водной среде вещества O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната. Он имитирует заражение водных объектов, например, русел пресноводных рек с учетом конкретных морфологических особенностей отдельных участков их русла и для определения динамики распространения и степени разбавления области загрязнения на заданном удалении от источника. Использование выше указанного соединения в качестве имитатора невозможно в условиях заражения текстильных материалов и обработки порошковыми рецептурами в связи с тем, что это вещество более летучее, чем O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната (концентрация насыщенных паров больше в 10 раз). Это искажает результаты исследований по удалению жидкой фазы ФОВ.

Ближайшим аналогом является имитационная рецептура, представляющая собой смесь (объем): ФОВ 10% и 90% дизельного топлива [Патент РФ №2260576, МПК: C06D7 от 20.09.2005.]. ФОВ представляет собой O,O-диэтил-O-(3,4,5-трихлорфенил) фосфат. ФОВ предназначено для обеспечения индикационного эффекта при применении биохимической методики. Дизельное топливо представляет собой легкие маловязкие фракции нефти с температурой кипения 180-360°С. [Химический энциклопедический словарь. Под ред. И.Л. Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия, 1983. - С. 593]. Она предназначена для имитации химического заражения при обучении личного состава войск практическим навыкам работы с приборами химической разведки, преодолению зараженных участков местности, проведению дегазации вооружения и военной техники. Основным недостатком рецептуры является наличие легких фракций углеводородов в составе дизельного топлива, их неопределенность в процентном соотношении и непостоянство в разных партиях. Это приводит к искажению результатов исследования процесса удаления жидкой фазы имитатора из текстильных материалов порошковыми рецептурами за счет испарения легких фракций углеводородов. Предельные углеводороды дизельного топлива являются неполярными соединениями. Они отличаются по характеру межмолекулярного взаимодействия от O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната, содержащего полярные группы. Это проявляется в составляющих, связанных с параметром растворимости диполь-дипольного (или полярного) взаимодействия и водородной связи (таблица 1). Отличия значений составляют соответственно 4,16 и 7,72 (МДж·м^-3)^0.5. Представленные значения превышают критерий 3 (МДж·м^-3)^0.5, что говорит о несоответствии указанного параметра. При этом общее значение параметра растворимости у них отличаются от эталона на 2,74 (МДж·м^-3)^0.5. Поэтому процесс проникания полярной жидкости в волокна с полярными группами будет отличаться от неполярной жидкости. Это приводит к искажению результатов исследования процесса удаления жидкой фазы имитатора.

Таким образом, можно отметить, что в настоящее время отсутствует имитатор O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната для изучения процессов удаления его капель из текстильных материалов с применением порошковых рецептур.

Техническим результатом изобретения является возможность получения достоверных результатов определения скорости удаления из текстильных материалов жидкой фазы O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната порошковыми рецептурами с применением нетоксичной и доступной жидкости бидутилфталата в качестве имитатора.

Способ достижения технического результата

Указанный технический результат достигается применением нового признака в совокупности с известным признаком. К новому признаку относится - дибутилфталат (ДБФ) нетоксичная и доступная жидкость в качестве имитатора O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната, обеспечивающая соответствие динамики растекания и растворения в волокнах защитных текстильных материалах и ее перераспределения при воздействии на систему порошковых рецептур. Известный признак - последовательность действий определения скорости массопереноса при заражении текстильных материалов и его удалении порошковыми рецептурами.

Сущность изобретения заключается в том, что применен новый признак в совокупности с известным признаком, влияние которого на технический результат ранее было неизвестно. К новому признаку относится - дибутилфталат, нетоксичная и доступная жидкость в качестве имитатора O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната. Известный признак - последовательность действий по определению скорости удаления жидкости порошковыми рецептурами из текстильных материалов. Влияние на технический результат нового признака в совокупности с известными признаками ранее было неизвестно, а именно применение ДБФ, позволило обеспечить, в сравнении с эталоном O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфонатом, адекватные значения в определении доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой, в отличие от ближайшего аналога. Полученный результат достигается за счет подбора физико-химических свойств веществ, что обеспечивает соответствие динамики растекания (растворения) на (в) волокнах, ее перераспределения в текстильных материалах и при воздействии на них порошковых рецептур.

Кроме того, применение дибутилфталата позволит исключить необходимость получения лицензии на работу с веществами с повышенным классом опасности, снизить требования к оснащению лаборатории оборудованием, подготовке персонала, а также повысить производительность труда более чем в 10 раз.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна»

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в нем применен новый существенный признак - дибутилфталат (ДБФ), нетоксичная и доступная жидкость в качестве имитатора O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната, отличающийся от ближайшего аналога, в совокупности с известным признаком - последовательностью действий определения скорости массопереноса при заражении текстильных материалов и его удалении порошковыми рецептурами.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень»

Предлагаемое техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень», так как в совокупности с известным признаком - последовательностью определения скорости массопереноса при заражении текстильных материалов и его удалении порошковыми рецептурами, применен новый признак - дибутилфталат (ДБФ), нетоксичная и доступная жидкость в качестве имитатора O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната.

Применение ближайшего аналога - «имитационной рецептуры…» - приводит к уменьшению значений доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой в 1,5-2 раза по сравнению с эталоном - O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино) этилметилфосфонатом и ДБФ. Влияние на технический результат нового признака в совокупности с известными признаками ранее было неизвестно, а именно применение ДБФ в той же последовательности позволит обеспечить более адекватное определение указанного параметра эталона (доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой) за счет подбора физико-химических свойств веществ. Кроме того, применение дибутилфталата позволит исключить необходимость получения лицензии на работу с веществами с повышенным классом опасности, снизить требования к оснащению лаборатории оборудованием, подготовке персонала, а также повысить производительность труда более чем в 10 раз.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость»

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость. Это определяется стандартным оборудованием и материалами, необходимыми для реализации последовательности действий выявления скорости массопереноса при заражении текстильных материалов и его удалении порошковыми рецептурами. Дибутилфталат является много тоннажным продуктом (более 100 тыс. т/год) и применяется в производстве как пластификатор поливинилхлорида, каучуков и некоторых эфиров целлюлозы, то есть он не является уникальными.

Имитатор может быть использован для решения задач моделирования процесса удаления фосфорорганических веществ из текстильных материалов, определения требуемого времени обработки зараженных О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфонатом текстильных материалов порошковыми рецептурами, моделирования распределения О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната в структуре текстильных материалов, обоснования требований к порошковым рецептурам, проверки характеристик порошковой рецептуры требуемым параметрам; и тренировок в проведении частичной специальной обработки обмундирования и снаряжения с применением порошковых рецептур без применения веществ с высоким классом опасности. Он будет полезен на предприятиях, производящих элементы боевой экипировки военнослужащего; на предприятиях, производящих средства частичной или полной специальной обработки; в центральных научных исследовательских и испытательных институтах; на базах и складах хранения вооружения и средств радиационной, химической и биологической защиты.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Согласно изобретению, основные критерии выбора имитационной жидкости обусловлены близостью параметров, характеризующих динамику растекания и растворения в волокнах защитных текстильных материалах и ее перераспределения при воздействии на систему порошковых рецептур. Они определяются значениями физико-химических характеристик: параметра растворимости и коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость - газ». Выбранное вещество удовлетворяет таким важным требованиям, как простота и быстрота определения процесса перераспределения жидкости между текстильными материалами и порошковыми рецептурами весовым методом, его нетоксичность, дешевизна и доступность. Летучесть (концентрация насыщенных паров) имитатора должна быть равна O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфонату, для того, чтобы процесс испарения не вносил значительную ошибку при проведении исследований. Имитатор должен быть однокомпонентной жидкостью, чтобы исключить негативное влияние сорбции компонентов системы на протекающие процессы и изменение поверхностного натяжения раствора. Оно не должно отличаться по характеру межмолекулярного взаимодействия от O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната, содержащего полярные и неполярные группы. Реакционная способность имитатора должна быть аналогичной O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфонату, который является достаточно инертным веществом.

Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяет дибутилфталат. Основные физико-химические характеристики О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)-этилметилфосфоната и дибутилфталата представлены в таблице 1. Из представленных в таблице 1 данных следует, что значения параметров растворимости для дибутилфталата и О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)-этилметилфосфоната практически совпадают, а коэффициентов поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость - газ» не превышают 4,8 Н/м (Дж/м²). По совокупности оцениваемых параметров дибутилфталат наиболее близок к O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфонату по важнейшим физико-химическим характеристикам и поэтому наиболее пригоден для его имитации в исследованиях динамики заражения текстильных материалов и его удаления порошковыми рецептурами. Кроме того, дибутилфталат является многотоннажным продуктом (более 100 тыс. т/год) и применяется в производстве как пластификатор поливинилхлорида, каучуков и некоторых эфиров целлюлозы. Он малотоксичен и химически устойчив. [Химический энциклопедический словарь. Под ред. И.Л. Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия, 1983. - С. 593].

В этой связи наиболее точное, достоверное моделирование заражения текстильных материалов O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфонатом и его удаления порошковыми рецептурами достигается применением имитатора - дибутилфталата.

Пример 1

Изучение процесса удаления фосфорорганических веществ из текстильных материалов с применением порошковой рецептуры.

Определение закономерностей процесса удаления фосфорорганических веществ (ФОВ) из текстильных материалов с применением порошковой рецептуры алюмосиликатного катализатора с диаметром частиц 20 мкм и 10 мкм. Взвешивание образцов проводили на аналитических весах с точностью до 0,00005 г. Определяли массу образца боевой экипировки военнослужащего. На него наносили калиброванные капли ФОВ (или имитатора). Определяли массу образца БЭВ с жидкой фазой. Рассчитывали массу нанесенной жидкой фазы ФОВ по привесу, учитывая массу капель и их количество. Выдерживали образец определенное время от начала заражения, именуемое в дальнейшем «экспозицией заражения». На зараженный образец БЭВ наносили навеску порошка. Определяли массу образца. Рассчитывали массу нанесенной навески порошка. Выдерживали образец определенное время от начала нанесения порошка на его поверхность, именуемое в дальнейшем «экспозицией дегазации». Далее образец переворачивали на 1-2 секунды для удаления сухой порошковой рецептуры с поверхности, но таким образом, чтобы влажный порошок, удерживаемый за счет капиллярных сил адгезии, не слетал. Определяли изменение веса образца. Рассчитывали массу порошка, который удерживался на поверхности образца за счет сил адгезии. Удаляли порошковую рецептуру с перешедшей в нее жидкой фазой ФОВ (или имитатора) методом резкого встряхивания. Определяли массу образца с оставшейся в нем жидкой фазой ФОВ. Встряхивали образец до тех пор, пока масса образца не оставалась постоянной. Необходимо обратить внимание на то, чтобы нити с образца при встряхивании не слетали. Рассчитывали массу удаленной жидкой фазой ФОВ из исследуемого образца. Рассчитывали массу оставшейся жидкой фазы ФОВ в исследуемом образце. Рассчитывали содержание жидкой фазой ФОВ в удаленном порошке.

В результате проведенных исследований определена доля оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой с диаметром частиц 10 и 20 мкм. Полученные результаты представлены в таблице 2. Анализ данных, представленных в таблице, позволяет сделать вывод о корректности применения дибутилфталата в качестве имитатора O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино) этилметилфосфоната для изучения процессов удаления капель O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната из текстильных материалов с применением порошковых рецептур.

Имитатор может быть использован для решения задач моделирования процесса удаления фосфорорганических веществ из текстильных материалов, определения требуемого времени обработки зараженных О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино) этилметилфосфонатом текстильных материалов порошковыми рецептурами, моделирования распределения О-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино) этилметилфосфоната в структуре текстильных материалов, обоснования требований к порошковым рецептурам, проверки характеристик порошковой рецептуры требуемым параметрам; и тренировок в проведении частичной специальной обработки обмундирования и снаряжения с применением порошковых рецептур без применения веществ с высоким классом опасности. Он будет полезен на предприятиях, производящих элементы боевой экипировки военнослужащего; на предприятиях, производящих средства частичной или полной специальной обработки; в центральных научных исследовательских и испытательных институтах; в военных академиях; на базах и складах хранения вооружения и средств радиационной, химической и биологической защиты.

Обоснование технико-экономической эффективности изобретения

Технико-экономическая эффективность имитатора заключается в повышении производительности труда более чем в 10 раз за счет снижения его токсичности с сохранением наиболее важных свойств эталонного вещества, а также в возможности исключения затрат на получение лицензии на работу с веществами, относящимся к повышенному классу опасности, снижения требований к оснащению лаборатории оборудованием, подготовку персонала.