Имитатор ββ'-дихлордиэтилсульфида для определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов

Изобретение относится к области имитаторов токсичных химикатов, а именно к применению бензилмеркаптана в качестве имитатора ββ'-дихлордиэтилсульфида для определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов. Технический результат - получение достоверных результатов определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов при воздействии на них паров ββ'-дихлордиэтилсульфида с применением нетоксичной и доступной жидкости бензилмеркаптана в качестве имитатора, при этом не требуется вводить дополнительные поправочные коэффициенты. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области имитаторов токсичных химикатов (ТХ).

Одним из наиболее токсичных и стойких химикатов является ββ'-дихлордиэтилсульфид (ДДС). Для защиты от него используют изделия из защитных фильтрующих материалов (ЗФМ). Основной характеристикой этих материалов является время защитного действия (ВЗД) [1]. Самый простой и эффективный способ определения ВЗД указан в патенте №2231063 [2] и ГОСТ 14618.0-78 [3]. Однако ДДС является очень токсичной жидкостью и относится к 1 классу опасности [4]. В этой связи задача по разработке малотоксичного имитатора ДДС для определения ВЗД ЗФМ, обеспечивающего индикационный эффект (ИЭ) при использовании методики, изложенной в патенте №2231063 [2] и ГОСТ 14618.0-78 [3], является актуальной.

В настоящее время известно применение нескольких имитаторов ДДС. Они используются для имитации химического заражения при обучении личного состава войск практическим навыкам ведения боевых действий в условиях применения этого токсичного вещества. Личный состав войск обучается практическим навыкам работы с приборами химической разведки, моделирует проникающую способность ДДС через ЗФМ средств индивидуальной защиты (СИЗ), определяет ВЗД защитных материалов и обеспечивает ИЭ, имитирует физические, физико-химические и химические свойства ДДС.

В патенте №2249810 [5] качестве имитатора ДДС описан γ-(хлорпропил)пропилсульфид. Соединение γ-(хлорпропил)пропилсульфида использовалось как имитатор для определения ВЗД только изолирующих материалов, поэтому их применение для оценки ЗФМ некорректно вследствие существенных отличий в процессах массопереноса и их химическом строении. Также для определения ВЗД СИЗ с применением γ-(хлорпропил)пропилсульфида требуется коэффициент корреляции, который необходимо экспериментально определять для каждого нового вида материала.

В настоящее время существует имитатор ДДС для обучения войск боевым действиям в условиях химического заражения ДДС - α,β-дибутилдитиаэтан [6]. Он имитирует кожно-нарывные отравляющие вещества, используемые при разработке и испытании средств защиты, средств индикации и контроля, технических средств специальной обработки. Однако возможность применения α,β-дибутилдитиаэтана для целей оценки защитной мощности и ВЗД средств индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа (СИЗК ФТ) не определялась. При этом используется не 100% вещество, а 10% раствор вещества с дизельным топливом, что не позволит правильно определить ВЗД.

Известно также, что в качестве химических соединений, моделирующих некоторые свойства ДДС используются производные β-(хлорэтил)алкилсульфида.

Так, β-(хлорэтил)фенилсульфид используется в качестве спектрального аналога ДДС при отработке вопросов оценки систем производственного контроля, индикации и мониторинга, а также для оценки поведения ДДС при реакциях с фенолятами щелочных металлов в апротонных растворителях [7]. К недостаткам этого имитатора следует отнести твердое агрегатное состояние, что не позволяет моделировать им индикационные и реакционные свойства ДДС в газовой фазе, а также определять ВЗД ЗФМ.

β-(хлорэтил)метилсульфид применялся при моделировании реакций ДДС с производными бензальдоксимата натрия в чистом диметилсульфоксиде и его водном растворе [8]. К недостаткам β-(хлорэтил)метилсульфида при сравнении с ДДС следует отнести высокую токсичность (II класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76[9]) и необходимость применения коэффициента корреляции для определения ВЗД для каждого нового вида материалов. В этих условиях определение ВЗД ЗФМ с применением имитатора ДДС в исследовательских целях теряет научный интерес.

β-(хлорэтил)этилсульфид используется при изучении реакционной способности, при проведении пусконаладочных работ и оценке эффективности систем нейтрализации, а также моделировании поведения ДДС в микроэмульсиях [10], при моделировании процессов проникания капель ДДС через резиновые ламинаты [11]. Этот имитатор ДДС характеризуется высокой токсичностью (II класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76 [9]), а также необходимостью применения коэффициента корреляции, для нахождения которого необходимо определять ВЗД по ДДС, а затем по имитатору. В данной ситуации применение имитатора ДДС в целях определения ВЗД ЗФМ теряет научный интерес.

Известен имитатор химического заражения почвы ДДС [12]. Он представляет собой β-(хлорэтил)бутилсульфид. Известное соединение - β-(хлорэтил)бутилсульфид использовалось как реагент и полупродукт органического синтеза серосодержащих веществ на основе виниловых эфиров и ацетилена, а также аналога сульфида ДДС для исследования процессов его трансдермального переноса через кожу. При этом возможность использования β-(хлорэтил)бутилсульфида для определения ВЗД СИЗК ФТ не определялась. Данное соединение удовлетворительно моделирует физико-химические свойства ДДС. Однако применять его для определения ВЗД защитных фильтрующих материалов проблематично, так как оно отличается достаточно высокой токсичность (II класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76[9]).

Ближайшим аналогом является метиловый эфир салициловой кислоты (МЭСК).

Известно, что для исследования защитных свойств пакетов фильтрующих материалов СИЗК на основе активированных углеродсодержащих сорбентов в динамических условиях воздействии паров ДДС, путем использования его имитатора - МЭСК, моделирующего проникающую способность ДДС [13]. Применение МЭСК позволяет адекватно определить ВЗД с эталоном - ДДС без коэффициента корреляции. Известно, что количественный анализ паров МЭСК, прошедших непосредственно через материалы СИЗК фильтрующего типа (ФТ), а также по местам сочленений и негерметичности конструкции изделия проводят с помощью прибора MIRA 1А - инфракрасного детектора [14]. Однако данный метод требует сложного аппаратурного оформления и дорогостоящих реактивов. Известно, что количественный анализ ДДС, прошедшего через ЗФМ, определяют согласно методике, изложенной в патенте №2231063 [2]. Оценили защитные свойства фильтрующих материалов по указанному методу с применением МЭСК. Выявлено, что МЭСК непригоден для указанного метода. Он не обладает ИЭ, изложенным в ГОСТ 14618.0-78 [3], и не может быть использован для достижения цели работы.

Таким образом, можно отметить, что в настоящее время отсутствует имитатор ββ'-дихлордиэтил сульфида для определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов в лабораторных условиях, обеспечивающий применение доступной методики, изложенной в патенте №2231063 [2] и ГОСТ 14618.0-78 [3].

Техническим результатом изобретения является получение достоверных результатов определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов при воздействии на них паров ββ'-дихлордиэтилсульфида с применением нетоксичной и доступной жидкости бензилмеркаптана в качестве имитатора. При этом не требуется вводить дополнительные поправочные коэффициенты.

Химическая структура бензилмеркаптана приведена в формуле

Способ достижения технического результата

Указанный технический результат достигается применением нового признака в совокупности с известным признаком: К новому признаку относится - бензилмеркаптан нетоксичная и доступная жидкость, примененная по новому назначению, в качестве имитатора ββ'-дихлордиэтилсульфида. Ее пары с одинаковой скоростью с эталоном (ββ'-дихлордиэтилсульфидом) проникают через защитные фильтрующие материалы. Индикационный эффект окончания времени защитного действия - смена цвета индикаторной ваты (с красной на синюю) обеспечивает применение индикатора «конго красного» (согласно ГОСТ 14618.0-78 [3]). Известный признак - последовательность действий определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов, указанная в патенте №2231063 [2].

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 - бензилмеркаптан нетоксичная и доступная жидкость в качестве имитатора ββ'-дихлордиэтилсульфида, обеспечивающая определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов. Известный признак -последовательность действий определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов, указанная в патенте №2231063 [2]. Ранее было неизвестно, что применение бензилмеркаптана в той же последовательности (указанной в патенте №2231063 [2]) позволит определить одинаковое время защитного действия ФЗМ с эталоном ДДС и обеспечить индикационный эффект, за счет применения индикатора «конго красного» согласно ГОСТ 14618.0-78 [3]. Бензилмеркаптан относится к III классу опасности на основании значения средней смертельной дозы ЛД₅₀ при введении в желудок, а именно ЛД₅₀=493 мг/кг массы крысы [15]. Кроме того, применение бензилмеркаптана позволит исключить необходимость получения лицензии на работу с веществами с повышенным классом опасности, снизить требования к оснащению лаборатории оборудованием, подготовке персонала, а также существенно повысить производительность труда.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна»

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку бензилмеркаптан, нетоксичная и доступная жидкость, применяется по новому назначению, в качестве имитатора ββ'-дихлордиэтилсульфида, в совокупности с известным признаком - последовательностью действий определения времени защитного действия защитного фильтрующего материала, которая изложена в патенте №2231063 [2], с учетом ГОСТ 14618.0-78 [3].

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень»

Применен новый признак в совокупности с известным признаком, влияние которого на технический результат ранее было неизвестно. Предлагаемое техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень», так как ранее было неизвестно, что в последовательности определения времени защитного действия защитного фильтрующего материала, изложенной в патенте №2231063 [2], применение бензилмеркаптана, нетоксичной и доступной жидкости в качестве имитатора ββ'-дихлордиэтилсульфида, будет получен индикационный эффект при совпадении времени защитного действия с эталоном ββ'-дихлордиэтилсульфидом.

Применение ближайшего аналога - метилового эфира салициловой кислоты не дает индикаторного эффекта - изменения окраски ваты, пропитанной «конго красным» по сравнению с эталоном ββ'-дихлордиэтилсульфидом и бензилмеркаптаном. Влияние на технический результат нового признака в совокупности с известным признаком ранее было неизвестно, а именно применение бензилмеркаптана в последовательности, указанной в патенте №2231063 [13], позволит обеспечить более адекватное определение исследуемого параметра эталона (время защитного действия защитного фильтрующего материала) при совпадении скорости проникания паров ββ'-дихлордиэтилсульфида и обеспечения индикационного эффекта в соответствии с ГОСТ 14618.0-78 [3]. Кроме того, применение бензилмеркаптана позволит исключить необходимость получения лицензии на работу с веществами с повышенным классом опасности, снизить требования к оснащению лаборатории оборудованием, подготовке персонала, а также повысить существенно производительность труда.

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 для определения времени защитного действия защитного фильтрующего материала. Бензилмеркаптан является многотоннажным продуктом и применяется в производстве ароматических веществ, то есть он не является уникальным. Изобретение может быть использовано по назначению: на предприятиях, производящих элементы боевой экипировки военнослужащего; Центральных научных исследовательских и испытательных институтах, военных академиях, базах и складах хранения вооружения и средств радиационной, химической и биологической защиты для решения следующих задач: определения времени защитного действия защитных материалов, обеспечение индикационного эффекта.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Согласно изобретению основные критерии выбора имитационной жидкости обусловлены близостью параметров, характеризующих динамику растекания и растворения в волокнах защитного фильтрующего материала и ее перераспределения при определении времени защитного действия. 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 времени защитного действия защитного фильтрующего материала и обеспечение индикационного эффекта согласно ГОСТ 14618.0-78 [3], его не токсичность, дешевизна и доступность. Летучесть (концентрация насыщенных паров) имитатора должна быть равна ββ'-дихлордиэтилсульфиду, 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 отличаются по характеру межмолекулярного взаимодействия от ββ'-дихлордиэтилсульфида, содержащего полярные и неполярные группы. Реакционная способность имитатора должна быть аналогичной ββ'-дихлордиэтилсульфиду, который является достаточно инертным веществом.

Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяет бензилмеркаптан. Из представленных в таблице 1 данных следует, что значения времени защитного действия для бензилмеркаптана и ββ'-дихлордиэтилсульфида практически совпадают, а индикационный эффект присутствует у обоих веществ. По совокупности оцениваемых параметров бензилмеркаптан наиболее близок к ββ'-дихлордиэтилсульфиду по важнейшим физико-химическим характеристикам и поэтому наиболее пригоден для определения времени защитного действия защитного фильтрующего материала. Кроме того, бензилмеркаптан является многотоннажным продуктом и применяется в производстве ароматических веществ. Он малотоксичен и химически устойчив [16].

В этой связи наиболее точное, достоверное моделирование заражения текстильных материалов ββ'-дихлордиэтилсульфидом и определение времени защитного действия защитного фильтрующего материала и обеспечение индикационного эффекта достигается применением имитатора - бензилмеркаптана.

Пример 1 Изучение процесса определения времени защитного действия защитного фильтрующего материала, согласно методике, указанной в патенте №2231063 [2].

Комплекс оборудования для испытаний включал: прибор, представляющий диффузионную ячейку (чертеж), термостат для поддержания постоянной температуры испытаний и чашка для ββ'-дихлордиэтилсульфида или его имитатора.

Порядок испытаний был следующий: комплектовали испытуемый образец материалов бязью, на которую помещали индикаторную вату, распределенную по всей ее площади; образцы закрепляли в приборе между корпусом 2 и дном 1 прибора (индикаторная вата - под стеклом дна 1); приборы помещали в термостат и выдерживали их при температуре испытаний 38±2°С не менее 20 мин, после этого их извлекали из термостата и вносили ββ'-дихлордиэтил сульфид, метиловый эфир салициловой кислоты или бензилмеркаптан в чашку и закрывали крышку.

При помощи зеркала 3 через каждые 5 мин наблюдали за цветом индикаторной ваты. Время появления малиновой окраски у индикаторной ваты на участке площадью 2…4 мм² считали равным времени защитного действия образцов по ДДС и его имитатору.

За время защитного действия принимается минимальное значение времени защитного действия по шести параллельным точечным пробам защитного фильтрующего материала. Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице [17].

Из данных, представленных в таблице, видно, что количество паров бензилмеркаптана, проникших через защитный фильтрующий материал на основе адсорбционных угольных сорбентов, соответствует эталону ββ'-дихлордиэтилсульфиду. Индикационный эффект для указанных веществ есть. Он наступает практически одновременно и определяет исчерпание времени защитного действия исследуемого защитного материала. МЭСК в соответствии с литературными источниками [13] имеет то же что и эталон время защитного действия. Однако это вещество использовать нельзя в последовательности действий определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов, указанной в патенте №2231063 [2]. Это определяется тем, что индикационный эффект окончания времени защитного действия - смена цвета индикаторной ваты с красной на синюю обеспечивает применение индикатора «конго красного» (согласно ГОСТ 14618.0-78 [3]) для МЭСК не наступает.

Таким образом, разработанное техническое решение позволяет применять бензилмеркаптан в качестве малотоксичного имитатора ββ'-дихлордиэтилсульфида при сравнительной оценке защитных свойств средств индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа на основе адсорбционных угольных сорбентов.

Обоснование технико-экономической эффективности изобретения Технико-экономическая эффективность имитатора заключается в существенном повышении производительности труда 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.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лепешинский И.Ю., Кутепов В.А., Полодеев В.П. Средства и способы радиационной и химической защиты: учебное пособие. Омск: ОмГТУ, 2008.

2. Патент России №2231063 С2, 20.06.2004, МПК 7 G01N 33/24, С07С 323/03 от 20.06.2004 г.

3. ГОСТ 14618.0-78. Масла эфирные, вещества душистые и полупродукты их синтеза. Методы определения хлора. - Введ. 1980-01-01. Министерство пищевой промышленности СССР.

4. ГН 2.1.7.2560-09 Предельно допустимые концентрации (ПДК) дихлордиэтилсульфида (иприта) 2009 г.

5. Патент РФ №2249810, МПК: G01N 15/08, С07С 323/03 от 10.04.2005 г.

6. Патент РФ №2260577, МПК: C06D 7/00 от 20.09.2005 г.

7. Harris J.М., McManus S.P. Nucleqfilic decontamination agents. Alabama Univ. in Huntsvilie., AD-A263/858/3, 1993, p. 9.

8. Zutant S.E., McManus S.P. Kinetics of chloroetyl metyl sulfide and soduim benzaldoximate derivativesin DMSO and water // Proc. of the 1994 ERDEC. Sci. Conf. Chem. and Def. Res., 15-18 nov., 1994. - 1996, p. 861-865.

9. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. - Введ. 1977-01-01. Министерство химической промышленности СССР.

10. Menger F.M., Elrington A.R. Rapid deactivation of mustard via microemulsion technology // J. Am. Chem. Soc, 1990, v. 112, N 22, p. 8201-8203.

11. Wilde A.F., GullianiD., McHughE. Sci. Conf. Chem. and Biol. Def. Res., 15-18 nov. 1994. - 1996, p.311-333.

12. Патент РФ №2162077, МПК 7 C07C 323/03, C06D 7/00 от 20.01.2001 г.

13. Патент РФ №2445605, МПК: G01N 15/08, G01N 33/00 от 20.03.2012 г.

14. Alat Т., Paul S. Qrasso, Use of Methyl Salicylat as Trialling Chemical Agent Simulant Cdr, CRDEC, ATT N SM CCR-RSP, Aberdeen Proving Ground, MD 21010-5423, 1990.

15. Fairchild E.J., Stokinger H.E. // Amer. Industr. Hygiene Assoc. J. 1958. V. 19. P. 171-189.

16. Химический энциклопедический словарь. Под ред. И.Л. Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия, 1983.

17. "SCDF CBRN PROTECTIVE SUIT". Blucher. Erkrath, Germany. Retrieved 24 March 2014. II http://www.bluecher.com/en/militarv/cbrn-protective-suit-fot-hot-climates.

Применение известного вещества по новому назначению, а именно бензилмеркаптана в качестве имитатора ββ'-дихлордиэтилсульфида для определения времени защитного действия защитных фильтрующих материалов.