Композиция для охлаждения огнетушащего аэрозоля и способ ее изготовления

 

Изобретение относится к области аэрозольного пожаротушения, в частности к композиции для охлаждения аэрозоля и способу ее изготовления. Композиция содержит (мас. %) в качестве связующего карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), и/или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, святые в массовом соотношении с КМЦ 2:1 - 1:2; в качестве наполнителя - основной карбонат магния, или оксалат аммония, или фосфат магния основной 25,0 - 45,0; в качестве технологических добавок - каолин 0,5 - 7,5, масло индустриальное или приборное 0,5 - 5,0, стеарат натрия или цинка 0,1 - 2,0 и воду - остальное. Способ изготовления композиции включает смешение связующего и каолина с водой в соотношении 1:4 - 1:10, выдерживание смеси в течение 5 - 180 мин с поддержанием динамической вязкости на уровне 200-2000 МПа·с добавлением воды или связующего, последующее смешение смеси с наполнителем и остальными компонентами, экструзию массы с влажностью 48 - 55 мас.% и сушку образующихся после резки шнура элементов до равновесной влажности 3-5 мас.%. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области аэрозольного пожаротушения, в частности к композиции для охлаждения аэрозоля, используемого для тушения пожара в сооружениях с замкнутыми объемами (склады, гаражи, дачи и т.п.) и в моторных, топливных, багажных отсеках и пассажирских салонах различных транспортных средств.

Известно охлаждение аэрозоля в устройстве для объемного тушения пожара, выполненное в виде облицовки стенок корпуса и сопла, либо в виде воздушного эжектора, соединенного с соплом, либо в виде резервуара, заполненного охлаждающей жидкостью, расположенного вокруг сопла и соединенного с корпусом (заявка PCT/US 93/01234 от 10.02.93, WO 93/15793 от 10.08.93).

Известно использование для теплопоглощения в газогенераторах для порошкового огнетушителя различных химических веществ в виде терморазлагающихся порошков (оксамид), химических покрытий (на основе оксалатов), такие разлагающихся при высоких температурах на стенках газоходных каналов с выделением газообразных продуктов (авт. св. СССР N 1475685, приор. 1987, БИ N 16, 1989; авт. св. СССР 753436, приор. 1978, БИ N 29, 1980).

Однако известные средства теплопоглощения либо слишком громоздки, либо малоэффективны как охладители огнетушащего аэрозоля и поэтому не могут служить прототипом предлагаемого изобретения.

Технической задачей изобретения является расширение сырьевой базы высокоэффективных композиций для охлаждения огнетушащего аэрозоля с целью использования двойных технологий в рамках конверсии военной промышленности.

Поставленная задача решается созданием композиции, содержащей в качестве связующего карбоксиметилцеллюлозу, или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, или смесь карбоксиметилцеллюлозы с поливинилацетатом или поливиниловым спиртом в соотношении 2:1 - 1:2, а в качестве наполнителя - основной карбонат магния, или оксалат аммония, или фосфат магния основной - в композицию введены технологические добавки - каолин, масло индустриальное или приборное, стеарат натрия или цинка и вода при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбоксиметилцеллюлоза, или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, или смесь карбоксиметилцеллюлозы и поливинилацетата или поливинилового спирта в массовом соотношении 2:1 - 1:2 - 2,5 - 10,0 Основной карбонат магния, или оксалат аммония, или фосфат магния основной - 25,0 - 45,0 Каолин - 0,5 - 7,5 Масло индустриальное или приборное - 0,5 - 5,0 Стеарат цинка или натрия - 0,1 - 2,0 Вода - Остальное Принцип действия предлагаемой композиции заключается в поглощении тепла, выделяющегося при работе аэрозольного огнетушителя, в котором сгорает шашка из аэрозольобразующего огнетушашего состава, за счет эндотермического разложения наполнителя, например основного карбоната магния: На чертеже приведена кривая дифференциально-термического анализа (ДТА) для основного карбоната магния, где ппп% - процент после прокаливания, T^oC - температура нагревания, на чертеже видно наличие трех эндотермических эффектов:
1-й - 96-136^oC - выделяется легко связанная гидратная вода,
2-й - 136-320^oC - выделяется прочно связанная гидроксильная вода,
3-й - 370-431^oC - происходит декорбанизация и полное разложение структуры основного карбоната магния.

Постепенный характер разложения наполнителя полностью отвечает требованиям эндотермического разложения охладителя для огнетушащего аэрозоля.

Эффективность работы предлагаемой композиции для охлаждения огнетушащего аэрозоля оценивается по отсутствию пламени на выходе продуктов сгорания аэрозольобразующих составов из аэрозольного огнетушителя и по массе охладителя, необходимого для обеспечения ликвидации пламени.

Пример 1.

Изготовлена композиция охладителя на основе следующих компонентов, мас. %:
Карбоксиметилцеллюлоза - 5,3
Поливинилацетат - 2,3
Основной карбонат магния - 37,8
Каолин - 1,5
Масло индустриальное - 1,7
Стеарат цинка - 1,0
Вода - 50,4
Охладитель в виде таблеток 5/0-5 мм в количестве 100 г помещался в аэрозольный огнетушитель с весом шашки 100 г. Заряд поджигался. Наблюдалось выделение большого количества аэрозоля, проскока пламени не было.

Пример 2.

Изготовлена композиция охладителя на основе компонентов, мас.%:
Поливиниловый спирт - 8,3
Каолин - 4,3
Оксалат аммония - 40,1
Масло индустриальное - 3,4
Стеарат натрия - 1,0
Вода - 42,9
Условия испытаний те же, что в примере 1, проскок пламени при работе огнетушителя отсутствует.

Чем выше содержание наполнителя, тем более эффективной является композиция, однако вводить его более 46% нецелесообразно, т.к. резко ухудшается технологичность состава, а ввод менее 25% резко снижает его эффективность.

Разработанные композиции для охлаждения огнетушащего аэрозоля представляют собой высоконаполненные системы с использованием в качестве связующего или карбоксиметилцеллюлозы, или поливинилацетата, или поливинилового спирта, или смеси карбоксиметилцеллюлозы либо с поливинилацетатом, либо с поливиниловым спиртом при соотношении 2:1 - 1:2. При использовании связующего менее 2,5% композиция становится рыхлой, компоненты не связаны друг с другом, а при содержании связующего более 10,0% растет вязкость состава, т. е. в обоих случаях ухудшаются реологические характеристики, что приводит к технологическим трудностям при переработке композиции. Для повышения вязкости системы с целью обеспечения удовлетворительных реологических характеристик целесообразно вводить в состав каолин, причем при содержании его в композиции менее 1,5% его действие проявляется незначительно, а при содержании более 7,5% возрастающая вязкость композиции вызывает технологические трудности.

Масла индустриальные и приборное являются идентичными веществами, поэтому в композиции могут взаимозаменяться или использоваться совместно в любых соотношениях без изменения ее характеристик. По той же причине взаимозаменяемы стеараты натрия и цинка. При этом количество масла менее 0,2% и стеарата менее 0,1% является недостаточными для снижения удельного внешнего трения - одной из основных характеристик, определяющих реологические свойства композиции, а содержание масла более 4% и стеарата более 2,0% ухудшает когезию и адгезию композиции.

В данной композиции вода является одним из основных технологических компонентов, она выполняет роль и пластификатора, и технологической добавки, без которой вообще невозможна переработка состава.

Проведенный патентно-информационный поиск способов получения композиций для охлаждения огнетушащего аэрозоля не привел к нахождению аналогов предлагаемому способу изготовления композиции.

Технической задачей данного изобретения является разработка высокопроизводительного непрерывного способа изготовления композиции для охлаждения огнетушащего аэрозоля.

Задача решается созданием способа изготовления композиции для охлаждения огнетушащего аэрозоля, состоящего в смешении карбоксиметилцеллюлозы либо поливинилацетата, либо поливинилового спирта, либо их смеси, а также каолина с водой в массовом соотношении 1:4 -1:10 и выдерживании этой смеси в течение 5 - 180 мин, поддерживая динамическую вязкость смеси на уровне 200 - 2000 МПа·с добавлением связующего или воды, после чего смешивают смесь с наполнителем и остальными компонентами, затем массу с влажностью 48 - 55 мас.% экструдируют и образующиеся после резки выходящего из экструдера шнура элементы сушат до равновесной влажности 3 - 5 мас.%. Пределы технологических параметров предлагаемого способа обусловлены следующими обстоятельствами.

При времени выдержки смеси связующего и каолина с водой менее 5 мин процессы набухания не развиваются в достаточной степени, что приводит к неудовлетворительному качеству связующего и низкой прочности готовых изделий. При выдержке более 180 мин неоправданно удлиняется технологический процесс.

Соотношение связующее - вода обусловлено следующими обстоятельствами: при соотношении менее 1:4 снижается скорость набухания, смесь комкуется при смешении с остальными компонентами, а при увеличении соотношения более 1:10 возможно нарушение композиции по содержанию воды. Для обеспечения требуемой пластичности композиции необходимо, чтобы динамическая вязкость смеси связующего с водой находилась в пределах 200 - 2000 МПа·с. При вязкости менее 200 МПа·с композиция нетехнологична, она излишне пластична, шнуры разрушаются при выходе из экструдера, а при вязкости более 2000 МПа·с затруднен процесс смешения смеси с наполнителем и остальными компонентами ввиду высокой вязкости композиции в целом.

Экструдируют композицию с влажностью 48 - 55 мас.%. При влажности менее 48 мас.% вязкость композиции повышается так, что прекращается ее течение через фильеру, а при влажности более 55 мас.% вязкость снижается настолько, что выходящие шнуры очень пластичны, слипаются и не режутся ножом.

Пример 1.

Карбоксиметилцеллюлоза - 5,3
Поливинилацетат - 2,3
Основной карбонат магния - 37,8
Каолин - 1,5
Масло индустриальное - 1,7
Стеарат цинка - 1,0
Вода - 50,4
Связующее и каолин смешивали с водой в соотношении 1:4, после выдержки в течение 5 мин вязкость смеси, определяемая на ротационном вискозиметре, корректировалась добавлением воды и составила 200 МПа·с. В смесь добавляли остальные компоненты и после перемешивания с влажностью 52 мас.% массу экструдировали в шнуры, которые резали на элементы диаметром 7 мм и длиной 7 - 8 мм, высушивали их до влажности 4 мас.%. Результаты испытания следующие: прочность на сжатие 0,63 МПа, температура аэрозоля 325^oC.

Пример 2.

Поливиниловый спирт - 8,3
Каолин - 4,3
Оксалат аммония - 40,1
Масло индустриальное - 3,4
Стеарат натрия - 1,0
Вода - 42,9
Связующее смешивали с водой в соотношении 1:10, после выдержки в течение 180 мин. вязкость смеси корректировалась добавлением воды и составила 2000 МПа·с. Последующие операции аналогичны примеру 1. Прочность на сжатие элементов 0,75 МПа, температура аэрозоля 352^oC.

Таким образом, проведенными экспериментами подтверждена высокая эффективность предлагаемой композиции для охлаждения огнетушащего аэрозоля и способа ее изготовления.

Высокая эффективность предлагаемой композиции для охлаждения огнетушащего аэрозоля была подтверждена сотнями испытаний на автомобилях ЗИЛ-130, "Волга", "Тойота", "Камаз", "ВАЗ 2121Б ("Нива"), автобусах ЛАЗ, ПАЗ, при тушении загораний на многочисленных производственных объектах. Подтверждена она также испытаниями ВНИИПО МВД РФ. В настоящее время ведутся работы по созданию серийного производства аэрозольных огнетушителей с использованием разработанной композиции для охлаждения аэрозоля на базе использования двойных технологий в рамках конверсии оборонной промышленности для оснащения российского и стран СНГ рынков.

Формула изобретения

1. Композиция для охлаждения огнетушащего аэрозоля, отличающаяся тем, что она содержит связующее - карбоксиметилцеллюлозу, или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, или смесь карбоксиметилцеллюлозы и поливинилацетата или поливинилового спирта, взятых в массовом соотношении с карбоксиметилцеллюлозой 2: 1 - 1:2, наполнитель - основной карбонат магния или оксалат аммония, или фоcфат магния основной и технологические добавки - каолин, масло индустриальное или приборное, стеарат натрия или цинка, воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбоксиметилцеллюлоза, или поливинилацетат, или поливиниловый спирт, или смесь карбоксиметилцеллюлозы и поливинилацетата или поливинилового спирта в массовом соотношении 2:1 - 1:2 - 2,5 - 10,0
Основной карбонат магния, или оксалат аммония, или фосфат магния основной - 25,0 - 45,0
Каолин - 0,5 - 7,5
Масло индустриальное или приборное - 0,5 - 5,0
Стеарат натрия или цинка - 0,1 - 2,0
Вода - Остальное
2. Способ изготовления композиции для охлаждения огнетушащего аэрозоля, отличающийся тем, что смешивают связующее и каолин с водой в массовом соотношении 1: 4 - 1:10, выдерживают смесь в течение 5 - 180 мин, поддерживая динамическую вязкость смеси на уровне 200-2000 МПа с добавлением связующего или воды, затем смешивают смесь с наполнителем и остальными компонентами, после чего осуществляют экструзию массы с влажностью 48 - 55 мас.% с последующей сушкой образующихся после резки шнура элементов до равновесной влажности 3 - 5 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1