Результат интеллектуальной деятельности: ЭМУЛЬСИОННАЯ РЕЦЕПТУРА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Изобретение относится к полифункциональным рецептурам для дезинфекции и дегазации различных поверхностей, зараженных вегетативными и споровыми формами микроорганизмов, а также токсичными фосфорорганическими веществами, в том числе и в условиях отрицательных (до минус 30°С) температур. Изобретение может быть использовано при ликвидации последствий применения химического и биологического оружия, а также последствий чрезвычайных ситуаций, техногенных аварий или террористических актов с применением отравляющих веществ и биологических патогенных агентов. Кроме того, изобретение может быть использовано для обеспечения безопасности работ на химически и биологически опасных объектах.

Уровень техники

Для ликвидации последствий применения отравляющих веществ (ОВ) и биологического оружия (БО) используют табельные рецептуры, обладающие дегазирующим и дезинфицирующим действием на основе хлорсодержащих препаратов (водные растворы или суспензии гипохлоритов кальция, рецептуры с использованием хлораминов, соединений дихлор- и трихлоризоциануровой кислот). Для дегазации и дезинфекции объектов, зараженных вегетативными формами микроорганизмов, применяют 1,0-1,5%-ные водные растворы гипохлоритов кальция; 5,0-7,5%-ные водные растворы используют при обработке объектов, зараженных споровыми формами микробов. К числу главных недостатков рецептур на основе гипохлоритов кальция относят большой удельный расход (1,5-4,5 л·м^-2), узкий температурный диапазон применения (5°С и выше), низкую эффективность в отношении отравляющих веществ, обусловленную слабой экстрагирующей способностью водных рецептур, малый срок хранения готовых суспензий (от 2 до 5 суток) [1, 2].

Для дегазации применяют полидегазирующие сольвентные рецептуры РД и РД-2 нуклеофильного действия. Полидегазирующие рецептуры РД и РД-2 обеспечивают эффективное обеззараживание объектов от ОВ в широком диапазоне температур (от минус 60 до плюс 40) при небольшом расходе 0,4-0,5 л·м^-2, имеют большой срок хранения - 5 лет, но не обладают дезинфицирующей активностью. Кроме того, упомянутые хлорсодержащие и сольвентные рецептуры обладают сильным разрушающим действием на конструкционные материалы (особенно на лакокрасочные покрытия) обрабатываемых объектов [1, 2].

Разработаны также различные рецептуры окислительного действия для обезвреживания токсических химических веществ и патогенных биологических агентов, включающие в себя в качестве окисляющего компонента соединения, содержащие дифторид ксенона 0,5-1,0% [3], активный кислород в виде перекиси водорода, неорганических и органических перекисных соединений в количестве от 2,0 до 25,0% [4-6] и различные функциональные добавки.

Дегазирующая и дезинфицирующая эффективность этих рецептур, а также их расход на единицу обрабатываемой поверхности (экспозиция от 1 до 6 часов, расход от 0,2-0,5 до 1,0 л·м^-2) [3-6] сравнимы с табельными рецептурами [1, 2, 7, 8]. К недостаткам этих бифункциональных рецептур можно отнести большое количество (от 5 до 13) компонентов, входящих в состав. Функциональные добавки снижают агрессивное воздействие на обрабатываемые материалы, расширяют возможности применения (в виде пены или аэрозоля, загущенные составы лучше удерживаются на наклонных поверхностях). Но при этом процесс приготовления рецептур усложняется (становится многостадийным) и удлиняется до 1 часа, а в патентах [4, 6] - до 3-6 часов и более, срок хранения готовых рецепту невелик и составляет от нескольких часов до суток. Отдельные рецептуры нельзя хранить в готовом виде из-за быстрой потери активности целевых компонентов [3, 4], их готовят непосредственно перед применением.

В патентах [3-6] указано, что продукты взаимодействия загущенных рецептур с ОВ или микроорганизмами являются малотоксичными и не представляют опасности для человека. Однако в состав самих рецептур входят компоненты, относящиеся к токсичным веществам 2 и 3 класса опасности (перекись водорода с концентрацией 35,0-50,0% и перекисные соединения, щелочи, дифторид ксенона, ацетонитрил, жирные спирты, четвертичные аммониевые соединения, соляная кислота). После применения загущенные композиции, как и табельные дегазирующие и дезинфицирующие составы, оставляют на обработанной поверхности пленку, налет или высохшую пену, с которой допускается кратковременный контакт (10-15 минут) без средств защиты кожи. Однако для последующей длительной безопасной эксплуатации объектов с их поверхности необходимо удалять остатки рецептур, либо использовать средства защиты кожи.

Наиболее близкими аналогами к предлагаемому изобретению являются растворы перекиси водорода, рекомендованные санитарно-эпидемиологическими правилами СП 1.3.1285-03 [7] для обеззараживания различных объектов, контаминированных патогенными микроорганизмами: 3,0% (от бактерий), 6,0 и 10,0% (от спор, вирусов, хламидий, риккетсий и грибов) с добавками 0,1-0,5% поверхностно-активных веществ и (или) 1,0% муравьиной кислоты, при отрицательных температурах дополнительно добавляют до 40% изопропилового или этилового спирта [7, 9].

Растворы обладают высокими дезинфицирующими свойствами (в зависимости от вида поверхности и микроорганизма экспозиция составляет от 60 до 120 минут, расход при обработке орошением - от 0,3 до 0,9 л·м^-2). Однако их недостатком является общая для всех водных рецептур низкая экстрагирующая способность, в результате чего они обеспечивают только поверхностную дегазацию объектов.

В этой связи разработка единой высокоэффективной рецептуры для дегазации и дезинфекции является актуальной задачей.

Целью настоящего изобретения является разработка экономичной полифункциональной рецептуры окислительно-нуклеофильного действия с улучшенными эксплуатационными характеристиками, обеспечивающей при малом расходе в широком интервале температур эффективное обеззараживание поверхностей, контаминированных микроорганизмами, а также токсичными фосфорорганическими веществами. Улучшение эксплуатационных характеристик заключается в снижении продолжительности и упрощении процедуры приготовления рецептуры, в увеличении срока хранения готовой рецептуры, а также в снижении разрушающего воздействия рецептуры на лакокрасочные покрытия.

Заявленный технический результат достигается составом эмульсионной рецептуры, которая содержит водный раствор перекиси водорода в качестве неорганического окислителя, два органических растворителя, один из которых апротонный неполярный, второй - протонный полярный, и муравьиную кислоту при следующих соотношениях компонентов, объемные %:

перекись водорода - 10;

хлорбензол или дихлорэтан - 17;

изопропиловый спирт - 54;

муравьиная кислота - 1 (добавляется в случае использования рецептуры при температуре окружающей среды ниже минус 15°С);

вода - остальное.

Перекись водорода взаимодействует с молекулами ОВ и структурных элементов микроорганизмов, вызывает их окислительную деструкцию, в результате чего молекулы ОВ превращаются в малотоксичные соединения, а микроорганизмы утрачивают свою жизнеспособность. Муравьиная кислота использована в рецептуре в качестве активатора для усиления окисляющего действия перекиси водорода при отрицательной температуре окружающей среды.

Хлорбензол и дихлорэтан являются апротонными неполярными растворителями, которые способствуют хорошей экстракции ОВ, впитавшихся в конструкционные материалы и покрытия обрабатываемых объектов, а также увеличивают скорость разложения токсичных фосфорорганических веществ.

Изопропиловый спирт играет роль нуклеофильного агента при инактивации ОВ, антифриза, что позволяет использовать рецептуру и в зимних условиях (до минус 30°С), а также эмульгатора при смешивании полярных и неполярных жидкостей в процессе приготовления рецептуры, в результате чего образовывается устойчивая эмульсия, которая сохраняет свою эффективность и агрегатное состояние без ухудшения свойств в течение не менее трех лет.

Несмотря на то что перекисьсодержащие соединения существуют в твердом виде (гидроперит), в рецептуре использована перекись водорода в жидком виде с концентрацией основного вещества не менее 35%, что позволяет исключить стадию растворения твердых веществ и тем самым упростить технологию и существенно сократить время ее приготовления. Использованные компоненты являются продукцией крупнотоннажных производств отечественной химической промышленности, доступны и относительно недороги, что позволяет сделать вывод об экономичности заявленной рецептуры.

Сущность изобретения заключается в получении эмульсионной рецептуры путем смешивания компонентов в расчетных количествах.

Зная объем емкостей, в которых будет готовиться эмульсионная рецептура, рассчитывают количество каждого компонента в отдельности с учетом состава (объемные %) и условий ее применения:

перекись водорода (ПВ) - 10;

хлорбензол (ХБ) или дихлорэтан (ДХЭ) - 17;

изопропиловый спирт (ИПС) - 54;

муравьиная кислота (МК) - 1 (добавляется в случае использования рецептуры при температуре окружающей среды ниже минус 15°С);

вода - остальное.

Для приготовления эмульсионной рецептуры используют перекись водорода техническую марки Б с содержанием основного вещества не менее 35% и остальные компоненты с квалификацией по степени чистоты не хуже, чем технические.

Расчет количества технической перекиси водорода для приготовления рецептуры производят по формуле 1:

где

V_ПВ - количество перекиси водорода технической, необходимое для приготовления рецептуры, л;

10 - содержание перекиси водорода в рецептуре, %;

С_ПВ - содержание перекиси водорода в технической перекиси водорода, %;

V_ЭР - объем рецептуры, л.

В емкость залить расчетное количество перекиси водорода технической, хлорбензола (или дихлорэтана) и изопропилового спирта, при необходимости, добавить муравьиную кислоту, затем тщательно перемешать в течение 1-2 минут. Заливать компоненты в емкость можно в любом порядке. Готовая рецептура имеет вид прозрачной гомогенной жидкости.

Рецептуру можно готовить непосредственно перед применением или заблаговременно, срок хранения готовой рецептуры составляет не менее трех лет.

Рецептуру применяют по назначению методом орошения или орошения с одновременным протиранием щетками с использованием современных технических средств специальной обработки, оборудованных емкостями из нержавеющей стали (например, комплект КДА, станция УССО, машина УТМ-80М). Возможно применение рецептуры из технических средств специальной обработки (например, авторазливочные станции АРС различной модификации), оборудованных системой забора жидкости из внешнего источника (например, емкости большого объема из полиэтилена высокого давления) без использования собственной емкости из черного металла.

Запрещается применять эмульсионную рецептуру из технических средств специальной обработки, имеющих емкости из черного металла и не оборудованных системой забора жидкости из внешнего источника в обход своей емкости. Запрещается применять эмульсионную рецептуру из технических средств, работающих с использованием энергии выхлопных газов самого обрабатываемого объекта техники. В процессе применения рецептуры по назначению необходимо использовать средства индивидуальной защиты кожи и органов дыхания.

Рецептуру применяют при температурах от минус 30 до 40°С. Расход рецептуры составляет 0,2-0,3 л·м^-2. Экспозиция при дезинфекции поверхностей, зараженных микроорганизмами, в том числе и спорами, составляет не более 60 минут, экспозиция при дегазации - не более 60 минут.

По завершении дегазационных и дезинфекционных работ поверхность обработанных объектов обмывают водой.

Возможность осуществления заявленного изобретения, эффективность рецептуры при различных вариантах и условиях применения, а также отсутствие разрушающего воздействия рецептуры на лакокрасочные покрытия подтверждены экспериментально в лабораторных условиях.

Пример 1. Технология приготовление рецептуры, эксплуатационные характеристики

Рассчитывали количество каждого компонента рецептуры в отдельности с учетом состава (объемные %) и условий ее применения (таблица 1). Количество перекиси водорода технической марки Б рассчитывали по формуле 1 с учетом содержания в ней основного вещества 35,0% (по данным лабораторного контроля перманганатометрическим объемным методом).

При приготовлении 10 л в емкость залили расчетное количество компонентов, затем тщательно перемешали при помощи мешалки (пластиковый пруток) вручную в течение 1 минуты. Общее время приготовления (с учетом отмеривания всех компонентов) составило не более 5 минут.

При приготовлении рецептуры в емкости комплекта КДА перекачивание компонентов из заводской тары и их перемешивание осуществляли при помощи специального оборудования, входящего в комплект машины, в соответствии с руководством по эксплуатации. Общее время приготовления составило от 20 до 30 минут.

Температуру кристаллизации эмульсионной рецептуры определяли при помощи аппарата АТКт-02 (производства ООО «Спецнефтехимавтоматика», г. Уфа), предназначенного для определения температуры начала кристаллизации низкозамерзающих жидкостей и тосола. Определение проводили по методике, изложенной в руководстве по эксплуатации прибора.

В результате испытаний (таблица 2) установлено, что температура кристаллизации эмульсионной рецептуры, содержащей хлорбензол, составляет минус 37,0°С. Рецептура, содержащая дихлорэтан, начинает замерзать при температуре минус 33,4°С. Добавка 1,0% муравьиной кислоты снижает температуру кристаллизации рецептур на 1,0°С. Таким образом, при температуре окружающей среды до минус 30,0°С рецептуры будут гарантировано находиться в жидком состоянии и могут быть использованы для обработки поверхностей в зимних условиях.

Воздействие эмульсионной рецептуры на лакокрасочные покрытия оценивали по изменению адгезии (метод решетчатых надрезов по ГОСТ 15140-78) и внешнего вида покрытия (визуально по ГОСТ 9.407-84) и фотоэлектрическим методом по изменению блеска (по ГОСТ 896-69). Испытания проводили в лабораторных условиях с использованием металлических тест-объектов, окрашенные краской ХВ-518. Рецептуры наносили методом орошения и орошения с протиранием щетками с расходом 0,3 л·м^-2 и экспозицией 60 минут, после чего тест-объекты обмывали водой и высушивали. Обработку проводили пятикратно.

Экспериментально установлено (таблица 3), что пятикратное воздействие испытанных рецептур практически не влияет на свойства лакокрасочного покрытия: адгезия не меняется, внешний вид при визуальном определении не меняется, блеск покрытия ухудшается незначительно (не более 6,0%).

Пример 2. Эффективность рецептуры

Рецептуры готовили в соответствии с описанной технологией. Испытания проводили при положительных и отрицательных значениях температуры окружающей среды в интервале от минус 30,0 до 40,0°С.

Дегазирующую эффективность рецептур оценивали в лабораторных условиях с использованием тест-поверхнотей из различных материалов, зараженных модельным отравляющим веществом типа Vx с плотностью (1,0±0,1) мг·см^-2. После заражения поверхности обрабатывали эмульсионной рецептурой методом орошения или орошения с протиранием щетками. После высыхания рецептуры (в зависимости от условий эксперимента процесс высыхания занимает от нескольких минут до 1 часа) на поверхности накладывали сорбирующие полимерные подложки, с помощью которых определяли остаточное содержание модельного ОВ методом биохимического контроля. Результаты испытаний представлены в таблице 4.

Экспериментальные данные, представленные в таблице 4, показывают, что эффективная дегазация всех поверхностей достигается за время не более 60 минут при их обработке с расходом 0,2 л·м^-2 при положительных значениях температуры окружающей среды. В случае дегазации поверхностей при температуре воздуха ниже 0°С необходимо увеличить расход до 0,3 л·м^-2.

Дезинфицирующую эффективность рецептур оценивали в натурных условиях с использованием образцов военной техники и средств защиты кожи изолирующего типа и в лабораторных условиях с использованием тест-поверхнотей, изготовленных из соответствующих материалов (стекло, окрашенный металл, защитная ткань с полимерным покрытием). В испытаниях использовали рецептуры свежеприготовленные и хранившиеся в течение трех лет. Для контаминации поверхностей использовали агаровую споровую культуру B.anthracis (вакцинный штамм СТИ-1) с содержанием зрелых спор не менее 90%.

Отбор бактериологических проб с поверхностей проводили методом смыва с использованием ватно-марлевых тампонов. Определение количества микроорганизмов в бактериологических пробах проводили чашечным методом в соответствии с Руководством Ρ 4.2.2643-10 «Методы лабораторных исследований и испытаний медико-профилактических дезинфекционных средств для оценки их эффективности и безопасности». Испытания проводили в трехкратной повторности, полнота нейтрализации остаточного действия эмульсионной рецептуры в бактериологических пробах составила не менее 70%, результаты представлены в таблицах 5-7.

Экспериментальные данные, представленные в таблицах 5 и 6, показывают, что обработка поверхностей эмульсионной рецептурой с нормой расхода 0,2 л·м² обеспечивает их эффективное обеззараживание от спор микроорганизмов за 5 минут в интервале температур от 15 до 40°С. При дезинфекции поверхностей в интервале температур от минус 30 до 15°С полное обеззараживание достигается за 60 минут. При температуре окружающей среды ниже минус 15°С для повышения дезинфицирующих свойств необходимо добавлять в рецептуру 1% муравьиной кислоты. Результаты испытаний, представленные в таблице 7, свидетельствуют, что дезинфицирующие свойства эмульсионной рецептуры после трех лет хранения не изменились.

Поскольку заявленная эмульсионная рецептура обеспечивает в условиях эксперимента полное уничтожение спор B.anthracis (сибирской язвы, вакцинный штамм СТИ-1), являющихся одной из самых устойчивых форм микроорганизмов, то и в отношении других менее устойчивых микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов, и др.) она тоже будет эффективна.

Таким образом, заявленная эмульсионная рецептура является бифункциональной, обеспечивает эффективную дегазацию и дезинфекцию поверхностей, зараженных токсичными фосфорорганическими веществами и (или) вегетативными и споровыми формами микроорганизмов, в широком диапазоне температур (от минус 30 до 40°С) за время не более 60 минут. Расход рецептуры составляет 0,2-0,3 л·м^-2.

Рецептура может применяться методом орошения или орошения с одновременным протиранием щетками с использованием современных технических средств специальной обработки, оборудованных емкостями из нержавеющей стали (комплект КДА, станция УССО, машина УТМ-80М) или оборудованных системой забора жидкости из внешнего источника (АРС различной модификации). Рецептуру можно готовить непосредственно перед применением или заблаговременно, срок хранения готовой рецептуры составляет не менее 3 лет без изменения ее свойств.

По сравнению с представленными аналогами эмульсионная рецептура обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками: упрощенной технологией приготовления; время приготовления сокращено до 30 минут (в автоцистернах) и до 5 минут - в малых (до 10 л) объемах; разрушающее воздействие рецептуры на лакокрасочные покрытия несущественно или отсутствует.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Руководство по специальной обработке. - М.: Воениздат, 1988. (Глава 2).

2. В.Л. Рудь. Специальная обработка войск // Учебное пособие в трех частях. Часть 1. Вещества, препараты и рецептуры. - М.: Издательство Военной академии химической защиты, 1988. (Главы 4 и 6).

3. Бифункциональная рецептура окислительно-нуклеофильного действия. Патент 2099115 RU, МПК⁶ A62D 3/00 / Алейников Н.Н. (RU), Бирюкова Н.Е. (RU), Буртовой С.П. (RU), Каштанов С.А. (RU), Кириллова Т.М. (RU), Масалитина Е.С. (RU), Мензеленко C.B. (RU), Никифоров Г.Е. (RU), Рудь В.Л. (RU), Шадрин Л.Н. (RU); заявитель и патентообладатель Военная академия химической защиты (RU); заявл. 17.01.1995; опубл. 20.12.1997.

4. Композиция для нейтрализации химических и биологических токсических агентов. Патент 2241509 RU, МПК7 A62D 3/00, B01F 17/18, B01F 17/38, C11D 1/62, C11D 3/39 / ТЕДРОС МАЙЕР Е. (US), ТУКЕР МАРК Д. (US); заявитель и патентообладатель САНДИА КОРПОРЕШН (US); заявл. 08.12.2000; опубл. 10.12.2004.

5. Гелеобразующая рецептура окислительного и нуклеофильного действия для обезвреживания поверхностей. Патент 2351380 RU, МПК A62D 3/38 (2007.01), A62D 3/36 (2007.01), A62D 101/00 (2007.01) / Поляков В.С. (RU), Горшков А.П. (RU), Михайлов Б.И. (RU), Малекин С.И. (RU), Ермилов В.В. (RU), Лешеневский А.В. (RU); заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт эластомерных материалов и изделий» (ООО «НИИЭМИ») (RU); заявл. 28.12.2007; опубл. 10.04.2009.

6. Бифункциональная рецептура окислительно-нуклеофильного действия. Патент 2248234 RU, МПК⁷ A62D 3/00 / Холстов В.И. (RU), Орлов В.Н. (RU), Кучинский Е.В. (RU), Аношин C.B. (RU), Григорьев В.П. (RU), Буянов В.В. (RU), Никольская В.П. (RU), Мензеленко C.B. (RU), Карпов В.П. (RU) Силаев В.Г. (RU), Кравченко И.И. (RU); заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения» (ФГУП «ГосНИИ БП») (RU), Войсковая часть 52688 (RU), ОАО «МАПО-ФОНД» (RU); заявл. 08.04.2003; опубл. 20.03.2005.

7. Безопасность работы с микроорганизмами I-II групп патогенности (опасности). Санитарные правила СП 1.3.1285-03. - М.: Минздрав России, 2003. (Приложение 1 «Режимы обеззараживания различных объектов, зараженных патогенными микроорганизмами».)

8. Сборник важнейших официальных материалов по вопросам дезинфекции, стерилизации, дезинсекции, дератизации в пяти томах. T. II. Дезинфицирующие и стерилизующие средства. Дезинфекция, предстерилизационная очистка и стерилизация изделий медицинского назначения / Под общ. ред. М.Г. Шандалы. - М.: ТОО «Рарогъ», 1994. («Методические указания…» стр. 9-22, 28-34, 34-45.)

9. Инструкция по дезинфекции санитарного автотранспорта при различных температурных условиях: Утв. Начальником главного санитарно-эпидемиологического управления Министерства здравоохранения СССР 06.01.1970 №835-70.