Состав для тушения пожаров
Владельцы патента RU 2730075:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к огнетушащим составам, содержащим или образующим газовую фазу, которые могут быть использованы в тушении ландшафтных пожаров. Технический результат достигается при использовании состава для тушения пожаров, включающего карбамид, бикарбонат натрия и воду, который при этом дополнительно содержит фосфорборсодержащий олигомер и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, масс.%: карбоксиметилцеллюлоза 1; фосфорборсодержащий олигомер 7-8; карбамид 5-10; бикарбонат натрия 6-8; вода остальное. Изобретение позволяет расширить арсенал средств для тушения пожара и уменьшить время тушения пожара. 2 табл.
Изобретение относится к огнетушащим составам, содержащим или образующим газовую фазу, которые могут быть использованы в тушении ландшафтных пожаров.
Известна пожарогасительная композиция [авт. свид. SU912177, А62D1/00, опубл. 15.03.82], которая включает воду, инертный компонент, преимущественно азот, и в качестве вспомогательного компонента в виде катализатора используется углекислый газ.
Недостатком этого изобретения является ограниченная сфера его применения, т.е. его использование для тушения возгорания отдельных веществ или эксплуатация при отсутствии людей ввиду высокой токсичности введенных компонентов.
Известен пенообразующий состав для тушения пожаров, включающий поверхностно-активное вещество (ПАВ) - алкилсульфонаты, стабилизатор пены - высшие жирные спирты и/или производные аминов, бутанол, бутиловый эфир уксусной кислоты, мочевину (карбамид), ингибитор коррозии - полифосфат, простые водорастворимые эфиры целлюлозы, в качестве которых возможно применение карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлозы и воду [патент 2158155, A62D1/00, опубл. 27.10.00].
Недостатком этого изобретения является наличие в составах веществ, выделяющих высокотоксичные продукты сгорания при эксплуатации.
Наиболее близкий к предполагаемому химическому составу является пенообразователь для тушения пожаров [авт. свид. 2203707, A62D1/04 опубл. 10.05.03.] содержащий нормальные первичные алкилсульфаты аммония фракции C12-C14, бутанол, карбамид, а также бикарбонат натрия.
Недостатком этого состава является использование веществ, которые при сгорании выделяют токсичные продукты.
Задачей предлагаемого изобретения является получение водополимерного огнетушащего раствора с высокими антипиренными свойствами.
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение арсенала средств для тушения пожара и уменьшение времени тушения пожара.
Технический результат достигается при использовании состава для тушения пожаров, включающего карбамид, бикарбонат натрия и воду, который при этом дополнительно содержит фосфорборсодержащий олигомер и карбоксиметилцеллюлозу, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| Карбоксиметилцеллюлоза | 1 |
| Фосфорборсодержащий олигомер | 7-8 |
| Карбамид | 5-10 |
| Бикарбонат натрия | 6-8 |
| Вода | Остальное |
Наличие бикарбоната натрия и карбамида в огнетушащем растворе способствует расширению температурного диапазона применения раствора в окружающей среде. Содержание в рецептуре фосфорборсодержащего олигомера, в качестве антипиреновой добавки, способствует локализации и устранению возгораний. Амидная форма азота в карбамиде хорошо усваивается поврежденными в результате ландшафтного пожара растениями.
В предлагаемом огнетушащем составе используют следующие компоненты: карбоксиметилцеллюлоза (ГОСТ 11293-89), фосфорборсодержащий олигомер, карбамид (ГОСТ 2081-2010), бикарбонат натрия (ГОСТ 2156-76), вода питьевая (ГОСТ Р 51232-98).
Вязкость по Муни заявляемого состава определяли с помощью вискозиметра марки ВЗ-246 (d = 0,4 см) по времени истечения жидкости из капилляра, которое определяли с помощью электронного секундомера с точностью ±0.01 с. Температура исследованных рабочих растворов огнетушащих составов составляет 20°C.
Стекаемость тестируемых образцов огнетушащих составов с различных поверхностей определяют следующим образом:
На деревянный брусок, размерами - 20×6 см, закрепленный на штативе горизонтально, нанесли 2 мл состава. Брусок постепенно наклоняли, до момента стекания состава с деревянной поверхности. Проводили измерения угла стекания в 3-х кратной повторности.
Аналогичным образом проводили измерение угла стекания по гидрофобной поверхности (пластик).
Растекаемость огнегасящих растворов по горизонтальным поверхностям определяли по методике:
На гидрофобную поверхность, пластик, наносили по 2 мл рабочих огнегасящих растворов. Площадь растекаемости данных образцов, образовавших эллипс, измеряют при помощи измерительных приборов и определяют по формуле:
S=πRr,
где R - большая полуось эллипса, r - малая полуось эллипса, π ≈ 3.14
Определение площади растекаемости образцов огнетушащих составов на гидрофобной поверхности производится в начальный период времени и через 15 минут после нанесения рабочего состава на гидрофобную поверхность.
Огнетушащие свойства исследуемых растворов по вертикальным поверхностям определяли по методике:
Деревянный образец закрепляли в штативе вертикально с помощью зажимов. Нагрев образца проводили с помощью плазменной горелки Мультиплаз 3500 с температурой пламени 8000°С.
Образец размещали на расстоянии 5 см от плазменной горелки Мультиплаз 3500. Пламя горелки направляли на образец и засекали время начала испытания.
Исследования процесса горения тростника южного в естественных условиях определяли по методике:
Заложен модельный эксперимент, имитирующий природный степной пожар. Сухие стебли тростника южного, в ветреную погоду, поджигали с разных сторон выбранного очага возгорания размером от 25…50 см. В момент наибольшей интенсивности горения тростника, его тушили исследуемым водополимерным составом на расстоянии от очага - 30…45 см. С целью исследования возможности повторного возгорания тростник поджигали повторно через 30…40 мин.
Огнетушащий механизм предлагаемого средства заложен в разработанную рецептуру, состоящую из водорастворимого полимера карбоксиметилцеллюлозы, фосфорсодержащей добавки в виде фосфорборсодержащего олигомера, карбамида, бикарбоната натрия. Огнетушащее действие комбинированного состава представлено комплексом химических взаимодействий, которые протекают в ходе прекращения горения, а именно:
- ФБО (Фосфорборсодержащий олигомер) – является вязкой неокрашенной жидкостью, хорошо растворимой в воде, диметилформамиде, ацетоне, спиртах – олигомер, полученный из борной кислоты и диметилфосфита. Содержит антипиреновые добавки, которые способствуют локализации и устранению возгораний.
- Мочевина (карбамид), входящая в состав огнетушащего состава, в виде водного раствора, под воздействием температуры факела пламени или лучистого теплообмена, разлагается на два компонента: углекислый газ (СО2) и аммиак (NH3). Химическая реакция протекает со значительным поглощением тепла, поэтому происходит эффект охлаждения зоны реакции горения.
- Аммиак является бесцветным газом с характерным запахом (запах «нашатырного спирта») - хорошо горит c выделением азота. Азот (N2) является инертным разбавителем зоны реакции горения и эффективным огнетушащим веществом. Аммиак, переходя в жидкое состояние, а впоследствии испаряясь под воздействием тепла факела пламени, поглощает большое количество теплоты. В этом случае происходит уменьшение температуры в зоне горения и, как следствие, потухание пламени.
- Бикарбонат натрия (NaHCO3) служит для нейтрализации образующихся в реакции кислот.
Составы заявляемого огнетушащего раствора и прототипа представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Ингредиенты, масс. % | Содержание компонентов смеси | Прототип | ||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | ||
| Карбоксиметилцеллюлоза | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Фосфорборсодержащий олигомер | 7 | 7,5 | 8 | 0 |
| Карбамид | 5 | 7,5 | 10 | 5 |
| Бикарбонат натрия | 6 | 7 | 8 | 0,05 |
| Вода | 81 | 77 | 73 | 75,95 |
| Нормальные первичные алкилсульфаты аммония фракции С12-С14 | 0 | 0 | 0 | 12 |
| Бутанол | 0 | 0 | 0 | 7 |
В таблице 2 приведены сравнительные технические и эксплуатационные характеристики предлагаемого огнегасящего раствора и прототипа.
Таблица 2
| Показатель | Результат испытаний | |||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Прототип | |
| Внешний вид | однородная жидкость без расслоения | однородная жидкость без расслоения | однородная жидкость без расслоения | однородная жидкость без расслоения |
| Массовая доля осадка без термовоздействия и после термовоздействия, % | 5 | 4 | 5 | 0 |
| Плотность при 20°С, кг/м3 | 1070±5 | 1078±5 | 1081±5 | 1020±5 |
| Водородный показатель 1%-го водного раствора, рН | 6,7±0,2 | 6,8±0,2 | 6,8±0,2 | 8,7±0,1 |
| Кинематическая вязкость при 20°С, мм2·с, не более | 2,15±0,10 | 2,16±0,10 | 2,17±0,10 | 2,57±0,03 |
| Биоразлагаемость | Мягкий (распад более 94%) | Мягкий (распад более 94%) | Мягкий (распад более 94%) | Мягкий (распад более 90%) |
| Продолжительность тушения модельного очага диаметром, см 25 28 50 |
91 115 145 |
90 113 142 |
86 109 135 |
102 276 не потушено |
| Вязкость по Муни, усл. ед. - удельная вязкость - относительная вязкость - приведенная вязкость |
2,02 3,02 2,02 |
2,17 3,17 2,17 |
2,23 3,23 2,23 |
|
| Угол стекания раствора, ° - с деревянной поверхности - с гидрофобной поверхности (пластик) |
7,9 7,2 |
8,5 6,4 |
9,0 6,7 |
|
| Площадь растекания раствора, см2 - после нанесения на поверхность - через 15 минут |
5,94 7,07 |
6,36 7,42 |
8,48 9,33 |
|
| Огнетушащие свойства исследуемых растворов по вертикальным поверхностям - изменение массы деревянного образца, г - объем выжженной поверхности, см3 - время сопротивления горению, с - группа огнезащитной эффективности |
4,639 17,494 23 I |
4,639 17,494 23 I |
3,826 15,079 31 I |
|
| Исследования процесса горения тростника южного в естественных условиях - время тушения при дисперсионном смачивании, с - повторное возгорание обработанного тростника южного - визуальное наблюдение за процессом горения |
11…13 Не наблюдается Языки пламени маленькие и обрывистые. Обугливание. Небольшое задымление белого цвета. Моментальное |
10…13 Не наблюдается Языки пламени обрывистые. Небольшое задымление белого цвета. Обугливание по краям стеблей тростника южного. |
8…11 Не наблюдается Пламя малозаметно. Небольшое дымообразование. Моментальное. |
Заявляемый жидкофазный огнегасящий состав характеризуется нейтральной средой и биоразлагаемостью, что способствует быстрому восстановлению ландшафтного биоценоза после пожара.
Примеры 1-3. Приготовление огнетушащих составов (в соответствии с рецептурой, приведенной в таблице 1).
1. Готовили раствор (А) - навеску карбоксиметилцеллюлозы помещали в стеклянные колбы и заливали холодной водой. Полученную смесь на водяной бане (температура 40…50°С) растворяли при перемешивании до однородности. В полученный растворы добавляли фосфорборсодержащий олигомер и карбамид.
2. Готовили раствор (Б) - В небольшом количестве воды при перемешивании растворяли бикарбонат натрия.
3. В раствор (Б) постепенно с перемешиванием добавляли раствор (А) полученные растворы доводили водой до получения заданной массы целевого продукта.
Для приготовления растворов используется вода с жесткостью, не превышающей 3,0 мг-экв/л (мягкая вода).
Условия окружающей среды при постановке экспериментов: температура воздуха и воды 20±2°С, давление 84-106,7 кПа, относительная влажность воздуха 60-70%.
Таким образом, состав для тушения пожаров, включающий карбамид, карбоксиметилцеллюлозу, бикарбонат натрия, фосфорборсодержащий олигомер и воду, при заявленном соотношении компонентов, обеспечивает уменьшение времени тушения пожара.
Состав для тушения пожаров, включающий карбамид, бикарбонат натрия и воду, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит фосфорборсодержащий олигомер и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| Карбоксиметилцеллюлоза | 1 |
| Фосфорборсодержащий олигомер | 7-8 |
| Карбамид | 5-10 |
| Бикарбонат натрия | 6-8 |
| Вода | Остальное |
