ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ
PYROTECHNIC AEROSOL-FORMING COMPOSITION

Изобретение относится к химическим средствам тушения пожаров, а более конкретно к огнегасительным составам, содержащим газообразующие химически активные вещества, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в закрытых объемах.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический аэрозолеобразующий состав по патенту RU 2153376 C1, A62D 1/06, 2000, содержащий, мас.%: 67-70 нитрат калия - окислитель, 9-13 идитол (фенолформальдегидная смола марки СФ-0112, ГОСТ 18694-80) в качестве органического горючего связующего и 18-20 газообразующего дициандиамида технического по ГОСТ 6988-73.
3
Недостатком описанного состава является невысокая эффективность пожаротушения при неполном сгорании компонентов, что ограничивает его применение в закрытых непроветриваемых помещениях из-за токсичности генерируемых газо-аэрозольных продуктов, содержащих HCN, NH и CO, с высокой температурой, для снижения которой необходимы дополнительные капитальные вложения на продуктивные охладители, что повышает потребительскую стоимость работ.
Более совершенным является пиротехнический аэрозолеобразующий состав, описанный в патенте RU 2392993 C1, A62D 1/06, 2009, который содержит, мас.%: 70-76 нитрат калия, 7-14 идитол и 13-20 дициандиамид.
В качестве газообразователя в состав могут входить уротропин технический по ГОСТ 1381-73 или мочевина (ГОСТ 6691-77), или двойная смесь этих веществ с дициандиамидом в любом массовом соотношении.
Особенностью известного состава является оптимизация массового содержания компонентов термической основы, близкой к стехиометрическому, для обеспечения полноты сгорания и модификация идитола в форме лака путем предварительной обработкой этиловым спиртом для повышения адгезионных связей компонентов при смешивании.
Известный состав характеризуется повышенным выходом тушащей газаэрозольной смеси.
2
Однако недостатком известного пиротехнического состава являются ярко выраженные щелочные свойства генерируемого аэрозоля, содержащего продукты разложения нитрата калия (КO и КОН) и токсичного аммиака, источником которого является дициандиамид.
Это существенно ограничивает объем применения известного аэрозолеобразующего состава в электротехнике из-за высокого коррозионного действия на контакты и неудовлетворительной экологичности, негативно воздействующей на организм человека в закрытых непроветриваемых помещениях.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение отмеченных недостатков, обеспечив безвредность генерируемой огнетушащей газоаэрозольной смеси, температура которой снижена до уровня практического применения без специальных охладителей.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав для объемного тушения пожара, включающий кислородсодержащий окислитель, идитол в качестве органического горючего связующего и газообразующие дициандиамид и/или уротропин, согласно изобретению содержит в качестве окислителя йодат калия совместно с хлоратом калия в массовом соотношении (5-12):1, при следующем содержании компонентов, мас.%:
йодат калия
60-70
хлорат
5-15
идитол
10-12
дициандиамид и/или уротропин
10-18
Отличительные признаки обеспечили расширение области безопасного применения функционально надежного пиротехнического состава, в газоаэрозольных продуктах горения которого с температурой вдвое ниже, чем по аналогам, практически нет токсических и вредных веществ.
Кислородсодержащий окислитель йодат калия при термическом взаимодействии с идитолом образует активные огнетушащие вещества, которые не обладают агрессивными щелочными свойствами, не вредны и не токсичны.
Окислитель йодат калия используется в производстве пищевых продуктов, лекарственных средств, в качестве пищевой добавки Е917 - улучшитель муки и хлеба.
Для обеспечения технологичности приготовления сыпучей смеси, предотвращая комкование и схватывание в монолит йодата калия, в композицию введен дополнительный окислитель - хлорат калия, который выполняет функции рыхлителя и обеспечивает равномерное распределение компонентов в смеси. Эта технологическая добавка функционально служит активатором окисления, повышая скорость горения состава и генерирования огнетушащего аэрозоля, способствуя более активному диспергированию образующихся шлаков и выносу их из генератора с аэрозолем.
Совместное использование йодата калия с хлоратом калия обеспечивает горение состава при температуре не выше 500°C с образованием нейтральных продуктов (KJ и KCl), что исключает агрессивное действие на организм человека и электроконтакты.
Массовое соотношение йодата калия с активатором - дополнительным активным кислородсодержащим окислителем хлоратом калия оптимизировано экспериментально из условия обеспечения технологичности изготовления состава на действующем пиротехническом оборудовании и необходимой химической активности и безопасности, при минимизации выхода в аэрозоль вредных веществ.
При содержании в пиротехническом аэрозолеобразующем составе йодата калия больше 70 мас.% происходит его комкование и схватывание в конгломерат, что исключает перемешивание компонентов для приготовления сыпучей композиции, пригодной для дальнейшей переработки прессованием в функциональный заряд.
При содержании в пиротехническом аэрозолеобразующем составе йодата калия меньше 60 мас.% растет температура газоаэрозольных продуктов горения из-за появления жидкой высокотемпературной конденсированной фазы от увеличения доли активатора - хлората калия.
При содержании активатора меньше 5 мас.% не обеспечивается равномерность распределения компонентов в смеси, нестабильное горение которой происходит с неудовлетворительной скоростью.
При содержании активатора больше 15 мас.% резко растет температура продуктов горения, ухудшая пожаротушащую способность генерируемого аэрозоля, при повышении взрывчатых свойств тушащей смеси.
Массовое содержание в термической основе состава горючего связующего идитола выбрано в диапазоне, при котором обеспечивается полное сгорание структурного углерода до безопасного диоксида углерода.
При содержании в составе идитола меньше 10 мас.% скорость горения снижается до уровня, когда окислитель разлагается неполностью, в результате чего теплотворной способности недостаточно для генерирования функционального аэрозоля в заданном объеме, обеспечивающем огнетушащую концентрацию в защищаемом изолированном помещении.
При содержании в составе идитола больше 12 мас.% происходит неполное сгорание из-за отрицательного кислородного баланса с выходом токсичного монооксида углерода в защищаемое помещение, чем резко ограничивается область практического применения состава по причине угарного действия на живой организм.
Оптимизированное массовое соотношение компонентов термической основы предложенного состава обеспечивает практически нулевой кислородный баланс и полное догорание активатора в минимизированном его содержании.
2
4
4
2
6
4
Содержание газообразующего дициандиамида химической формулы CHN и/или уротропина - (CH)N снижено до минимума, достаточного для формирования рабочего тела газоаэрозольной тушащей смеси, надежно транспортирующего ингибиторы горения к очагу возгорания.
Содержание в пиротехническом аэрозолеобразующем составе газообразователя меньше 10 мас.% является недостаточным для полного выноса генерируемой тушащей смеси, чем снижается эффективность огнетушения.
Содержание в пиротехническом аэрозолеобразующем составе газообразователя больше 12 мас.% является балластным, так как при этом не отмечается улучшения показателей назначения.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня данной области техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста противопожарной техники, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнического аэрозолеобразующего состава для объемного тушения пожара можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Сущность изобретения иллюстрируется технологическим режимом изготовления пиротехнического состава для аэрозольного объемного пожаротушения.
Предложенный состав приготавливается на штатном стандартном оборудовании, действующем в пиротехническом производстве.
Мерную навеску предварительно измельченного идитола марки СФ-112, ГОСТ 18694-80 обрабатывают в течение 5 минут в лопастном смесителе орошением этиловым спиртом в массовом соотношении (3,5-5):1, при этом поверхность частиц горючего связующего приобретает дополнительную липкость к остальным компонентам состава при смешивании.
Затем в смеситель последовательно загружают структурные компоненты состава в выбранном диапазоне содержания: йодат калия (ГОСТ 4202-75) - окислитель; хлорат калия (ГОСТ 4235-65) - технологический рыхлитель, активатор горения; газообразователь - уротропин (ГОСТ 1381-73) или дициандиамид технический (ГОСТ 6691-77), или их смесь в любом соотношении, - и перемешивают в течение 10 минут.
Приготовленный состав выгружают из смесителя и пропускают через сетку гранулятора для предотвращения образования комков и улучшения объемной дозируемости состава на операции прессования зарядов.
2
Оптимизированное расчетом массовое содержание компонентов составов по изобретению было экспериментально проверено на опытных образцах прессованных при уд. давлении 500 кгс/см зарядов.
Составы с различным сочетанием массового содержанием компонентов: в пределах предложенных диапазонов, на границах и вне этих границ, были испытаны с определением основных технических характеристик назначения: скорость горения, огнетушащая концентрация генерируемой газоаэрозольной смеси и количество дисперсной фазы в ней.
3
За счет технологически обеспеченной однородности структуры прочно связанных компонентов прессованные заряды характеризуются повышенным качеством эксплуатационных показателей назначения (средние значения): скорость горения состава 2,6 мм/с, количество дисперсной фазы 65%, огнетушащая концентрация 35 г/м, которые получены на составах предложенного качественного и количественного состава.
Технологичность приготовления предложенного пиротехнического аэрозолеобразующего состава и функциональность прессованных из него зарядов при условии достигнутой экологичности тушащей смеси для пожаротушения в закрытых объемах непроветриваемых помещений позволяют рекомендовать изобретение на промышленное производство в действующем пиротехническом оборудовании по заказам потребителей.