Результат интеллектуальной деятельности: Огнетушащее и огнезащитное средство

Изобретение относится к пожаротушению, в частности к пенообразующим составам, и может быть использовано для тушения пожаров и предотвращения воспламенения горючих веществ.

Наиболее широко применяемым огнетушащим средством является вода. Для повышения огнетушащей способности воды в ее состав вводят различные органические или минеральные добавки, позволяющие получить, в частности, пенные составы для тушения пожаров.

Пены широко используются для тушения пожаров на промышленных предприятиях, складах, в нефтехранилищах, на транспорте и т. д. Известно большое количество пенообразующих составов и способов их получения.

Известна композиция для тушения пожаров [Авт. свидетельство SU 165901, опубл. 30.06.91], которую получают смешением равных объемов карбамидоформальдегидной смолы и 25 % водного раствора кристаллогидратной соли Al₂(SO₄)₃·18Н₂O на протяжении времени, необходимого для гелеобразования смеси. Полученный гель смешивают с водой в объемном соотношении (1,0-1,5):1,0. Подачу приготовленного огнетушащего состава осуществляют в очаг пожара. При этом образуется твердая пленка на горящей поверхности.

Известный способ повышает эффективность тушения пожара за счет удерживания полученной пленкой воды, что обеспечивает снижение температуры поверхности в очаге пожара. Однако при применении известного способа используется большое количество огнетушащего вещества, вследствие необходимости постоянно обеспечивать его пребывание на горящей поверхности, что приводит при тушении пожаров в зданиях повышенной этажности к заливанию нижних этажей.

Известна композиция для получения термостойкой пены с целью профилактики и тушения пожаров, которая включает поверхностно-активное вещество; оксихлорид алюминия; уксуснокислый аммоний; уксусную кислоту и воду. Известная композиция стабильна при длительном хранении и позволяет повысить устойчивость пены в 2-4 раза [патент RU 2159650, опубл. 27.11.2000]. Однако композиция по патенту содержит в своем составе уксусную кислоту, что придает резкий запах получаемой пене и не позволяет использовать ее в закрытых помещениях.

Известен водный раствор для тушения пожаров, содержащий воду и загущающую добавку, в качестве которой используют жидкое стекло с модулем 2,5-3,2 [патент RU 2275951, опубл. 10.05.2006].  Известный состав обеспечивает снижение температуры в зоне горения, является термоустойчивым и обладает изолирующей способностью за счет испарения свободной воды.

Однако известный состав обладает низкой адгезией и не обеспечивает получение твердого равномерного покрытия.

Известен состав для создания вспененной воздушно-механическим путем термостойкой композиции на основе жидкого стекла (раствора силиката натрия) [EP 0110328], содержащий два раствора, один из которых – компонент А выполнен на основе водного раствора силиката натрия (50 – 97 %) и пропеллента (3 – 50 %), а другой – компонент Б является отвердителем. К раствору А (основному раствору) добавляют различные химические добавки в виде аммониевых соединений, боратов и других веществ, увеличивающих механические свойства пен. Для уменьшения плотности пены в раствор А могут вводиться добавки поверхностно-активных веществ. В качестве раствора Б (отвердителя) в известном составе используют органические и неорганические соединения, обладающие гелирующими свойствами, предпочтительно сложные эфиры карбоновых кислот, которые улучшают реологические свойства образующихся при смешении пен.

Недостатком известного состава является низкая стабильность при температурах выше 300 °С, что не позволяет применять его для тушения большинства твердых материалов и нефти, которые имеют температуру горения от 800 до 1000 °С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является композиция, состоящая из 10 – 70 % (преимущественно 20 – 50 %) раствора силиката натрия, с 1 – 15 % (преимущественно 6 %) пенообразователя, и 1 – 6 % (преимущественно 1 – 3,5 %) водного раствора уксусной кислоты при массовом соотношении водного раствора силиката натрия с пенообразователем и водного раствора уксусной кислоты от 100 : 1 до 28 : 1, (преимущественно 35 : 1) [патент RU 2590379, опубл. 10.07.2016], в результате вспенивания которой получают гель кремнезема, который применяют как огнетушащее средство, а также как средство для предотвращения пожаров.

Однако получаемый по патенту вспененный гель кремнезема из-за использования в качестве отвердителя уксусной кислоты, имеет резкий запах, что не позволяет использовать композицию в закрытых помещениях. Кроме того, вспененный гель кремнезема при отверждении не образует единой плотной массы с достаточно высокой прочностью из-за невысокой адгезии, а в ряде случаев композиция недостаточно активна, в связи с чем время ее отверждения составляет более 2 минут.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в получении эффективного огнетушащего и огнезащитного состава, обладающего низкой вязкостью и высокой адгезией, с низким временем отверждения и стабильным при хранении.

Поставленная задача была решена путем создания двухкомпонентного состава в качестве огнетушащего и огнезащитного средства для получения плотной пены, включающего силикатный компонент, содержащий водный раствор стекла натриевого жидкого с силикатным модулем 2,3 -3,6 и пенообразователь, и кислотный отвердитель, при этом силикатный компонент дополнительно содержит едкий натр, мочевину, водорастворимый простой эфир с концевыми гидроксильными группами или водорастворимый многоатомный спирт и сульфонол при следующем соотношении ингредиентов в составе силикатного компонента, в масс. ч.:

а кислотный отвердитель представляет собой ортофосфорную кислоту концентрацией 75 – 85 % в количестве 4 – 8 % от массы силикатного компонента, причем силикатный компонент и кислотный отвердитель содержатся отдельно друг от друга до подачи и объединения.

Предпочтительно, что стекло натриевое жидкое имеет имеет силикатный модуль 2,6 – 3,0.

Технический результат, достигаемый предлагаемым составом, обусловлен его новыми свойствами. Неожиданно было обнаружено, что предполагаемый состав позволяет создать композицию, отвечающую необходимым требованиям к составам такого назначения и обладающую полезными свойствами, создающими его преимущества перед известными составами.

Стекло натриевое жидкое (раствор силиката натрия), входящее в состав силикатного компонента, представляет собой вязкую жидкость, способную смешиваться с водой в любых соотношениях, повышая тем самым вязкость воды. Добавки, включенные в состав силикатного компонента, улучшают, с одной стороны, свойства силикатного компонента, а с другой - свойства предложенной двухкомпонентной композиции в целом.

Мочевина и гидроксид натрия улучшают совместимость присутствующих в силикатном компоненте соединений и адгезию предложенного состава при отверждении.

Водорастворимый простой эфир с концевыми гидроксильными группами или водорастворимый многоатомный спирт ускоряет отверждение компонента ортофосфорной кислотой и приводит к образованию плотного геля.

Присутствие сульфонола и пенообразователя позволяет получать гомогенный раствор силикатного компонента, способный достаточно долго храниться без расслоения. Кроме того, одновременное присутствие сульфонола и пенообразователя позволяют создать более легкие пены.

Вода регулирует вязкость компонента, в результате становится возможным его прокачивание через стандартный генератор пены. Регулируя количество добавляемой к силикатному компоненту воды, можно изменять плотность пены от низкой до высокой.

Кислотный компонент практически не обладает запахом и при смешивании с силикатным компонентом образует в течение 2 – 5 сек твердый нерастворимый в воде гель. Сочетание указанных ингредиентов позволяет создать силикатный компонент, который совершенно не склонен к расслаиванию, достаточно эффективно реагирует с выбранным кислотным компонентом, создавая быстро твердеющий состав с достаточной прочностью и высокой адгезией к различным материалам, в частности к углю.

Разбавление указанного силикатного компонента большим количеством воды (до 200 % от массы силикатного компонента) позволяет снизить расход используемых реагентов без существенного снижения его огнетушащих и огнезащитных свойств.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами. Примеры даны с целью иллюстрации изобретения, не ограничивая его объем.

Примеры 1 - 14.

Приготовление силикатного компонента.

Использовали водные растворы силиката натрия концентрацией 20 – 60 % (жидкое стекло), едкого натра технического, сульфонола, пенообразователя, водорастворимого простого эфира с концевыми гидроксильными группами (или водорастворимого многоатомного спирта). Перемешивание раствора осуществляли механической мешалкой при скорости вращения 200 – 400 об/мин в течение 5 – 10 сек. Получали прозрачный гомогенный раствор, условную вязкость которого измеряли при 25 ^оС на вискозиметре ВЗ-246 с соплом, диаметром 4 мм.

Результаты приведены в таблице 1.

Примеры 15 - 19.

Для выбора типа кислотного отвердителя и его концентрации провели отверждение композиции. Силикатный компонент и кислотный отвердитель смешивали в пластиковом стаканчике. Масса кислотного отвердителя составляла 6 % от массы силикатного компонента. Перемешивание осуществляли механической мешалкой при скорости вращения 200 – 400 об/мин в течение 5 сек. Результаты представлены в таблице 2.

Примеры 20 – 22 (сравнительные).

Для сравнения провели отверждение силиката натрия с пенообразователем ПО 6ЦТ, уксусной кислотой. Гомогенизацию путем перемешивания смеси растворов осуществляли магнитной мешалкой при скорости вращения 500 об/мин, вязкость измеряли вискозиметром «Полимер», прочность по Шору, шкала Д с помощью твердомера отечественного производства. Результаты представлены в таблице 3.

Примеры 23 - 24.

Тушение возгорания каменного угля в поддонах.

Для испытания использовали два типа металлических поддонов – с герметичным днищем и днищем, изготовленным из перфорированного металла. Уголь насыпался слоем 10 – 12 см, средняя фракция угля (60% от общей массы) составляла около 5 см.

Уголь в поддонах с герметичным и перфорированным днищами поджигали газовой горелкой. При этом в первом случае доступ кислорода происходил только сверху, а во втором – как сверху, так и снизу. Покрытие горящего угля пеной исключало доступ кислорода сверху до тех пор, пока не происходило появление сквозных отверстий в пене.

23.Тушение горящего угля в поддоне с герметичным днищем.

Покрытие пеной, полученной из составов по примерам 1, 13 и 14 таблицы 1, приводило к тушению огня в течение 10 – 20 сек, в то время как тушение водой в указанных условиях не приводило к исчезновению огня вплоть до полного заполнения поддона водой.

24.Тушение горящего угля в поддоне с перфорированным днищем.

Нанесение ровного слоя пены из составов по примерам 1, 13 и 14 таблицы 1 приводило к постепенному снижению интенсивности горения, что указывало на образование герметичного покрытия. Доступ воздуха через перфорированное днище приводит к тому, что окончательное прекращение горения происходило через 20 - 40 минут, в то время как тушение водой прекращало горение только в случае неоднократной подачи пены в течение длительного времени.

Примеры 25 – 26 (сравнительные).

Тушение горящего каменного угля в поддонах проводили аналогично примерам 23 – 24.

25. Тушение горящего угля в поддоне с герметичным днищем.

Покрытие пеной, полученной из составов по примерам 20 – 21 проходило аналогично тушению водой, так как не происходило образования сплошной корки над горящим углем. Состав по примеру 22 покрывал горящий уголь, однако из-за низкой прочности корки в ней образовывались сквозные отверстия, в результате чего горение возобновлялось.

26. Тушение горящего угля в поддоне с перфорированным дном.

Тушение составами примеров 20 – 21 прекращало горение только при неоднократной подаче пены в течение длительного времени. Состав по примеру 22 также оказывал тушащее действие только при неоднократной подаче пены из-за образования сквозных отверстий в отвержденной пене.

Таким образом, предлагаемый двухкомпонентный состав в качестве огнетушащего и огнезащитного средства является эффективным, обладает низкой вязкостью и высокой адгезией, имеет низкое время отверждения и стабилен при хранении.