USE OF AN AQUEOUS SYSTEM CONTAINING SWOLLEN MACROMOLECULES AS FIRE-EXTINGUISHING WATER

Abstract: 1. The use as an extinguishing agent of a dispersion of an aqueous phase and a phase obtained by hydration of swollen gen particles of a diameter of 0.1 to 3 mm of individual, water-insoluble, polar macromolecules of highly absorptive polymers based on (meth) acrylic acids, which are so cross-linked that they can take up 100 to 200 times their weight of water, the gel particles being present in an amount of 0.1 to 0.6 weight per cent calculated as dry substance and based on the aqueous phase, and the aqueous system having a viscosity below 100 mPa.

Description: Beschreibung Zur Brandbekämpfung wird überwiegend Löschwasser in der Form eingesetzt, wie es dem Leitungsnetz oder wie es - beispielsweise bei Waldbränden - natürlichen Gewässern zu entnehmen ist. Die Wirkungsweise des Löschwassers besteht zum einen darin, dass es beim Zusammentreffen mit brennenden Objekten aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und Verdampfungswärme eine sehr effektvolle Kühlung erzielt, so dass gegebenenfalls die Verbrennungstemperatur bzw. die Entzündungstemperatur der Objekte unterschritten wird, wodurch ein neues Entflammen ausgeschlossen wird. Zum anderen besteht seine Wirkung darin, dass es beim Auftreffen auf heisse Objekte verdampft und der entstehende Wasserdampf die zur Verbrennung erforderliche Luft verdrängt und damit die Flammen zunächst unmittelbar zum Verlöschen bringt. Wesentlicher Nachteil bei der Verwendung von Wasser in der üblichen Form ist es, dass ein grosser Anteil des Wassers häufig ungenutzt in nicht brennende Teile abfliesst oder in den Boden versickert. Dies ist besonders bei Waldbränden von Nachteil, wenn ein erheblicher Anteil des häufig unter grossem Aufwand antransportierten Wassers völlig ungenutzt bleibt. Gerade die Brandbekämpfung in Bodennähe ist jedoch ein wichtiger Bestandteil der Waldbrandbekämpfung, da sich nach einer typischen Form des Waldbrandes das Feuer im trockenen Unterholz (Gras, Laub oder Heidekraut) weiterfrisst und einzelne Kronenbrände verursacht, die sich dann unaufhaltsam vereinen. Bisher gelang es dabei nicht, das herbeigeschaffte Wasser optimal zu nutzen, insbesondere, da Waldbränden häufig eine längere Trockenzeit vorausgeht und der Boden dementsprechend für Wasser besonders aufnahmefähig ist. Das grundsätzlich gleiche Problem besteht jedoch auch bei Bränden anderer Art, wie z.B. bei einem Dachstuhlbrand in einem Gebäude, in welchem das Dach nicht durch einen feuerfesten Boden von den Untergeschossen abgetrennt ist. Hier ist es üblicherweise so, dass das Wasser durch Böden, Durchbrüche, Treppen usw. in die darunter liegenden Geschosse des Gebäudes gelangt und dadurch für die Löscharbeiten verloren geht. Währenddessen besteht im brennenden Geschoss aufgrund des Wassermangels die Gefahr des Feuerdurchbruchs nach unten. Das abfliessende Wasser andererseits richtet häufig erhebliche Folgeschäden an, so dass eine Steigerung der eingesetzten Löschwassermenge ebenfalls nicht unproblematisch ist. Zur Vermeidung der aufgeführten Nachteile beschreibt die DE-OS 31 14 630 die Verwendung von Gelen als Wasserbarriere auf Oberflächen von brandbedrohten Gebäudeteilen, z.B. Flachdächern, sowie zum Schutz ganzer Landstriche vor Flächenbränden. Durch diese Massnahme soll ein unerwünschter Verlust von Löschwasser infolge Abfliessens und Versickerns vermieden werden. Es handelt sich hierbei jedoch um echte Gele mit einer sehr hohen Viskosität, die als dicke Schicht das zu schützende Gut bedecken. Da solche Gele nicht in das brandgefährdete Gut eindringen, haben sie eine schlechte Löschwirkung. Ihre hohe Viskosität macht den Einsatz besonderer Geräte für ihre Anwendung erforderlich. Dass Brandschutzmassnahmen mit wässrigen Gelen wie denen der DE-OS 31 14 630 keine Verbreitung finden, erklärt sich einmal aus der bescheidenen Wirksamkeit der vorgeschlagenen Verfahren, sowie daraus, dass besondere Vorrichtungen für die Brandbekämpfungsmassnahmen erforderlich sind und es darüber hinaus zu Korrosionsschäden und Umweltbelastungen kommt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Brandbekämpfungsmittel bereitzustellen mit der Zielsetzung, die bei der Brandbekämpfung entstehenden Wasserschäden zu reduzieren, die Umweltbelastung zu vermindern, einen Einsatz mit allgemein gebräuchlicher Ausrüstung zu ermöglichen und Korrosionsschäden zu vermeiden. Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss durch die Verwendung eines wässrigen Systems als Löschwasser nach den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche gelöst. Wasserunlösliche, in Wasser stark quellende Polymere sind beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 4 017 653 und 4 018 951 beschrieben. In der Fachwelt werden diese Stoffe auch als Hochsaugaktiv Polymere oder sog. Superabsorber bezeichnet. Dies gilt insbesondere für die Copolymeren von Acryloder Methacrylsäure mit Acrylamid, Methacrylamid und Acrylnitril, wie sie in der DE-PS 2 706 135 beschrieben sind. Das erfindungsgemäss zu verwendende System wird vorzugsweise durch Zugabe von Kalium- oder Natriumsalzen des trockenen, leicht vernetzten Copolymeren auf Basis Natriumacrylat und/oder Acrylsäure einer Teilchengrösse von 0,02 bis 0,5 mm in die entsprechende Wassermenge unter Rühren oder Umpumpen hergestellt. Als Vernetzungsmittel sind alle olefinisch mindestens bifunktionellen Monomeren geeignet, wie z.B. Methylenbis-acrylamid, Divinylbenzol, Trisallylcyanurat, Trisallylphosphat usw. Die Herstellung der geeigneten vernetzten Polymeren durch radikalische oder Redox-Polymerisation ist bekannt. Zur Beschleunigung des Quellvorgangs können dem ungequollenen Copolymeren gegebenenfalls feinteilige aktive Kieselsäure und/oder Silikate zugesetzt werden. Bei den gegebenenfalls zugesetzten aktiven Kieselsäuren handelt es sich um Produkte, die insbesondere als Füllstoffe oder Absorber bekannt sind, wie die 2 Kieselsäurexerogele mit BET-Oberflächen über 30 m /g, 2 in der Regel mehreren 100 m /g oder die durch flammenhydrolytische Spaltung von Siliciumtetrachlorid gewonnenen aktiven Kieselsäuren mit BET-Oberflächen 2 von 50 bis 450 m /g (Aerosil). Anstelle der aktiven Kieselsäuren sind auch aus Wasserglas und den entsprechenden Metallsalzen und eventuell Mineralsäuren gefällte aktive Silikate, insbesondere des Calciums, Magnesiums oder Aluminiums mit BET-Oberflächen Uber 2 30 m /g in Form ihrer Xerogele für die Zwecke der Er- findung in Kombination mit den hochsaugaktiven Polymeren verwendbar. Das wässrige System enthält die Gelteilchen in solchen Konzentrationen, dass noch genügend freies Wasser vorliegt, um einerseits eine hervorragende Löschwirkung bei minimalen Wasserschäden zu erzielen und andererseits eine Verwendbarkeit mit einem sehr guten Benetzungsvermögen, wie bei reinem Wasser, zu ermöglichen. In dem erfindungsgemässen wässrigen System liegen 50 bis 80 Ges.%, vorzugsweise 60 bis 70 Ges.%, des gesamten Wassers in den Gelteilchen vor. Die Gelteilchen entstehen aus den hochsaugaktiven Copolymeren, deren Struktur so beschaffen ist, dass sie schnell das 100- bis 200-fache ihres Gewichts an Wasser aufnehmen, sich jedoch nicht in Wasser lösen. Wird den solchermassen gequollenen Gelteilchen ein Wasserüberschuss zugegeben, so verbleibt das überschüssige Wasser als reine Wasserphase, die als Vehikulum für die Gelteilchen wirkt und weitgehend ihre Viskosität beibehält, während die Gelteilchen als einzelne diskrete Makromoleküle aufzufassen sind. Die erfindungsgemässen Quellkörper auf Basis von Polyacrylsäure (in Form des Natrium- oder Kaliumsalzes) entsprechen den Anforderungen der Erfindung optimal und verursachen keinerlei Umweltbelastung. Bei Zugabe eines derartigen Produktes bis zu einer Menge von ca. 0,6 Gew.% zu Wasser stellt man nur eine geringfügige Viskositätserhöhung fest. Die Flüssigkeit bleibt voll pumpfähig und bei einem Übergang von reinem Wasser zu mit Quellkörpern versetztem Wasser bei einem Löscheinsatz wurde von der Mannschaft an der Spritze kein Unterschied in der Handhabung festgestellt. Bei höheren Zusätzen steigt die Viskosität sprunghaft an, und das freie Wasser, dessen Vorliegen das erfindungsgemässe wässrige System charakterisiert, nimmt rapide ab. Bis zu einer Viskosität von 100 mPa s kann man von "Löschwasser" sprechen, das wie reines Wasser gehandhabt werden kann. Die Zugabe eines Netzmittels ist möglich und kann in speziellen Fällen, z.B. dem Löschen von Baumwollballen, von Nutzen sein. Die Wirkung einer durch Zusatz der Quellkörper in einer Menge von 0,4 % zu Wasser hergestellten Löschwassers war - wie in Grossversuchen festgestellt wurde - hervorragend: Bei einem Standard-Zimmerbrand wurde eine Verminderung der erforderlichen Löschwassermenge und der Löschzeit von 30 bis 35 % und eine Verminderung des vom Brandherd abfliessenden Löschwassers um 85 % festgestellt. Bei einem Zusatz von 0,5 bis 0,6 % Quellkörper erhöht sich die Viskosität bereits erheblich, der Löscheinsatz kann aber noch wie gewohnt durchgeführt werden. Die diskreten erfindungsgemässen Gelteilchen haben nichts gemein mit den bekannten Verdickungsmitteln, die zur Erhöhung der Haftung des Wassers vorgeschlagen werden und die eine starke Viskositätserhöhung mit den damit verbundenen Nachteilen verursachen. Durch die Einstellung des erfindungsgemässen wässrigen Systems auf einen pH-Wert von 6-8 können Korrosionserscheinungen an benutzten Löscheinrichtungen und an zum Brandschutz besprühten Gegenständen vermieden werden. Der Einsatz des erfindungsgemässen wässrigen Systems als Löschwasser erfordert wegen der niedrigen Viskosität keine besonderen Pumpen bzw. Rohre. Bei der Bekämpfung von Waldbränden bzw. bei der Brandbekämpfung aus der Luft kann ebenfalls mit Hilfe herkömmlicher Geräte gearbeitet werden. Schliesslich ist die Verwendung in Feuerlöschern vom Typ W und in Sprinkler Anlagen möglich. Bei der Verwendung des erfindungsgemässen wässrigen Systems zur Brandbekämpfung verhindern die mitgeführten Gelteilchen das Eindringen des Wassers in das Brandgut nicht, zeigen jedoch im wesentlichen keine Neigung zum Abfliessen und bleiben aufgrund eines eigenen Haftvermögens an den brandgefährdeten oder brennenden Objekten hängen und geben hier andererseits bei grosser Hitzeentwicklung das in ihnen enthaltene Wasser ungehindert als Dampf frei, so dass das gesamte Löschwasser zur Kühlung und Dampfbildung zur Verfügung steht. Dadurch reduziert sich die benötigte Menge Löschflüssigkeit gegenüber herkömmlichen Mitteln wesentlich. Zusätzlich ergibt sich ein sehr wirksamer Schutz gegen das Vordringen des Brandes. Bei der Bekämpfung von Bränden in Behältern ist die Kühlung der Behälterwand von Bedeutung. Mit dem erfindungsgemässen wässrigen System ist es möglich, während des Löschvorgangs mit dem gleichen Rohr von Zeit zu Zeit die Behälterwand zu besprühen, wobei die anhaftenden Gelteilchen eine Dauerberieselung überflüssig machen und eine bessere Nutzung der Rohrkapazität erlauben. Durch die am abgelöschten Gut haftenden Gelteilchen wird die Gefahr des Wiederaufflackerns des Brandes verringert. Die Zugabe der Quellkörper kann im Behälter eines Tanklöschfahrzeuges, eines "Wasserbombers", oder in besonderen Mischbehältern geschehen, wobei während des Einstreuens und während einiger Minuten nach Beendigung des Einstreuens leicht gerührt oder mässig umgepumpt wird. Die aufgequollenen Gelteilchen haften nicht aneinander. Sie setzen sich zwar während längerer Standzeiten geringfügig ab, können aber selbst nach Wochen problemlos umgepumpt bzw. aufgerührt werden, was jedoch normalerweise nicht erforderlich ist. Die übliche Art der Anwendung der Erfindung ist das Verspritzen oder Versprühen des wässrigen Systems mit bereits gebildeten Gelteilchen. Eine unter Umständen zu bevorzugende Variante besteht darin, die Quellkörper kurz vor dem Strahlrohr in ungequollenem Zustand zuzugeben. Obwohl dann der Vorteil des höheren Haftungsvermögens der Gelteilchen zum Schutz von noch nicht von Feuer erfassten Gegenständen nicht genutzt wird, erreicht man doch sehr schnell einen wirksamen Schutz gegen Wasserschäden, da die nach kurzer Zeit gequollenen Quellkörper Fugen und Ritzen abdichten. Wenn einmal eine abdichtende Schicht aus dem Gel gebildet ist, kann, sofern dies sinnvoll erscheint, mit reinem Wasser weiter gearbeitet werden. Bei Waldbränden bleibt aufgrund des Haftvermögens ein Teil des Gels in den Bäumen hängen und bildet einen guten Schutz gegen das Überspringen des Brandes von einer Baumkrone zur anderen. Bei Etagenbranden bildet sich eine Wasserdecke, die ein Übergreifen des Brandes auf den Rest des Gebäudes verhindern kann. Eine weitere erfindungsgemässe Verwendung besteht in der Herstellung von Feuerlöschdecken, die z.B. in Form von Uberwürfen zur Fluchthilfe in brandgefährdeten Betrieben, Grossgebäuden wie Hotels usw. bereitgehalten werden können. Derartige Feuerlöschdecken enthalten die Quellkörper im gequollenen Zustand und sind zur Vermeidung von Feuchtigkeitsverlusten, z.B. in eine Folie, eingeschweisst.

Claims: Patentansprüche 1. Verwendung eines wässrigen Systems, enthaltend eine wässrige Phase und darin dispergierte, durch Hydratation gequollene Gelteilchen eines Durchmessers von 0,1 bis 3 mm aus einzelnen, mässig vernetzten, wasserunlöslichen, polaren Makromolekülen von Acrylsäurederivaten, wobei die Gelteilchen in einer Menge von 0,1 bis 0,6 Gew.%, berechnet als Trockensubstanz und bezogen auf die wässrige Phase vorliegen, und das wässrige System eine Viskosität unter 100 mPa s hat, als Löschwasser. 2. Verwendung eines wässrigen Systems nach Anspruch 1, in dem die wässrige Phase Natrium-, Kalium- oder Ammoniumionen enthält und die Makromoleküle ein polyanionisches Acrylsäurecopolymerisat sind, für den Zweck des Anspruchs 1. 3. Verwendung eines wässrigen Systems nach Anspruch 1, in dem 50 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 60 bis 70 Gew.%, des gesamten Wassers in den Gelteilchen vorliegen, für den Zweck des Anspruchs 1. 4. Verwendung eines wässrigen Systems nach Anspruch 1, das aktive Kieselsäure und/oder Silikate enthält, für den Zweck des Anspruchs 1. 5. Verwendung eines wässrigen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für den Zweck des An spruchs 1, in Feuerlöschern oder Sprinkler Anlagen. 6. Verwendung eines wässrigen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für den Zweck des An spruchs 1 in Feuerlöschdecken und Fluchthilfe überwürfen.

Inventors: VON BLUCHER, HUBERT, DE RUITER, ERNEST, DR., von Blücher, Hasso, von Blücher, Hubert
Applicants: DE RUITER, ERNEST, DR., VON BLUCHER, HASSO, VON BLUCHER, HUBERT
Application year: 1986
Main classification: A62D1
IPC codes: A62D1, C08L33