АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ
AEROSOL-FORMING COMPOUND

Изобретение относится к пиротехническим составам для генерации хлоридов калия и натрия в виде огнетушащих функциональных аэрозолей.
Известен аэрозолеобразующий состав для аэрозольного объемного тушения пожаров, содержащий окислитель, горючее связующее эпоксидную смолу, диспергированный магний порошок и наполнитель калий хлористый, в качестве окислителя содержит нитраты и/или перхлораты щелочных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитраты и/или перхлораты щелочных металлов - 60-70; эпоксидная смола - 14-17; магний порошок - 6-12; калий хлористый - 5-15 [1].
Известна огнетушащая аэрозольная композиция, подходящая для точных электроприборов, которая содержит окислитель, горючее средство, клейкое вещество и добавку, где окислитель указанной огнетушащей аэрозольной композиции представляет собой смесь окислителя, являющегося солью калия, и окислителя, являющегося солью стронция; указанный окислитель, являющийся солью калия, представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из нитрата калия, хлората калия, перхлората калия, хлорида калия, карбоната калия и цитрата калия; указанный окислитель, являющийся солью стронция, представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из нитрата стронция, оксида. стронция, карбоната стронция, сульфита стронция, пирофосфата стронция, перманганата стронция, бромида стронция, бихромата стронция, молибдата стронция и гексаборида стронция; горючее средство представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из нитрата гуанидина, нитрата аминогуанидина, нитрата триаминогуанидина и нитрата диаминогуанидина; добавка представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из алюминиевого порошка, магниевого порошка, угольного порошка, карбоната магния, карбоната кальция и калиевого полевого шпата; клейкое вещество представляет собой одно вещество или комбинацию нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из фенольной смолы, эпоксидной смолы и акриловой смолы; и содержание каждого компонента в огнетушащей композиции, мас.% является следующим [2]:
окислитель, являющийся солью калия
больше или равно 5% и меньше 15%
окислитель, являющийся солью стронция
больше или равно 52% и меньше или равно 60%
горючее средство
от 10% до 25%
добавка
от 2% до 20%
клейкое вещество
от 2% до 20%
Данные составы используются в генераторах объемного тушения пожаров в качестве пиротехнических композиций, при сжигании которых образуются ингибиторы горения в виде газо-аэрозольной смеси, заполняющей объем, где необходимо подавить пожар.
Однако перечисленные составы имеют следующий общий недостаток: невозможность использования для тушения пожара без удаления человека из защищаемого помещения в связи с высокой токсичностью образующегося аэрозоля, т.к. в продуктах горения кроме хлоридов щелочных металлов содержится большое количество оксидов, нитридов, цианидов и других вредных веществ.
В качестве наиболее близкого прототипа заявленного изобретения принят пиротехнический состав для генерации кислорода, содержащий перхлорат натрия, пероксидный катализатор и металл, пероксидный катализатор содержит пероксид и/или надпероксид натрия, в качестве металла указанный состав содержит порошок магния, при этом указанный состав дополнительно содержит, по меньшей мере, один оксид из ряда, включающего оксид никеля (II), оксид кобальта (III), оксид железа (III), при следующем содержании компонентов, мас.%: перхлорат натрия - 84,5-92,5; пероксид и/или надпероксид натрия - 3,5-5,5; оксид переходного металла - 1,5-3,5; порошок магния - 2,5-6,5 [3].
Данный состав используется для получения газообразного кислорода для дыхания в замкнутых системах, в летательных и подводных аппаратах, шахтах, убежищах.
Недостатком такого состава является незначительное количество образующегося безопасного для человека аэрозоля.
Техническим результатом, на решение которого направлено настоящее изобретение является получение огнетушащего аэрозоля безопасного для человека и обладающего высокой огнетушащей способностью, состоящего только из хлоридов калия и натрия.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известный состав, включающий перхлорат натрия, пероксид и/или надпероксид натрия, оксид переходного металла и порошок магния, отличающийся тем, что вместо пероксида и/или надпероксида натрия и оксида переходного металла вводят перхлорат калия и увеличивают количество порошка магния, при следующем содержании компонентов, мас.%: перхлорат натрия - 35,0-42,0; перхлорат калия - 48,0-55,0; порошок магния - 8,0-10,0.
Увеличенное содержание магния способствует увеличению температуры горения состава, что приводит к росту выхода аэрозоля, а введение перхлората калия - к образованию хлорида калия.
Для реализации данного технического результата была использована реакция:
4
4
NaClO+KClO+8 Mg →NaCl+KCl+8 MgO
При экспериментальных исследованиях было установлено, что при стехиометрическом соотношении исходных компонентов реакция горения протекает очень быстро, и все продукты сгорания, в том числе оксид магния переходят в аэрозоль. С целью исключения перехода в аэрозоль MgO и снижение температуры и скорости горения аэрозолеобразующих составов было решено брать избыток перхлоратов калия и натрия, что также обеспечивало увеличение процента газовой фазы аэрозоля за счет кислорода.
4
4
2
NaClO+KClO+2 Mg →NaCl+KCl+2 MgO+3 O
В таблице 1 приведены результаты влияния рецептурных факторов на параметры горения АОС.
При увеличении избытка перхлората калия наблюдается снижение скорости горения составов. На рисунке показана зависимость скорости горения и выхода аэрозоля от количества перхлоратов калия и натрия.
В результате проведенных исследований было выявлено, что горение состава №2 было равномерно, спокойно, без каких-либо пульсаций. При этом практический выход аэрозоля составлял 95% от теоретически возможного (без учета MgO).
Для составов с меньшим избытком перхлоратов, и как следствие более высокой температурой горения характерен переход в аэрозоль оксида магния.
При содержании перхлоратов менее 85% температура горения состава увеличивается, в конденсированной фазе аэрозоля увеличивается выход аэрозоля и содержание в нем MgO.
При содержании перхлоратов более 95% характер горения неустойчивый, прерывистый, затухающий во времени.
Таким образом, в результате проведенных исследований в качестве оптимального аэрозолеобразующего состава был выбран состав №2, при горении которого отмечается увеличенный выход аэрозоля, содержащего хлориды калия и натрия и безопасного для человека.
Предлагаемый аэрозолеобразующий состав предназначен для генерации хлоридов калия и натрия и может применяться в качестве огнетушащего.
Составы готовились смешением компонентов в шаровой мельнице в течение часа. Цилиндрические шашки прессовались в стальной пресс-форме диаметром 23 мм под давлением 175 МПа.
3
Испытания по тушению пожаров проводились в камере объемом 0,33 м, с размерами основания 0,8×0,6 м и высотой 0,7 м, в которой располагался модельный очаг класса В - бензин марки А-76. Модельный очаг представлял собой цилиндрический стакан из стали с внутренним диаметром 8 мм и высотой 25 мм, заполненный бензином с установленным внутри фитилем из асбестового шнура диаметром 2 мм и длиной 28 мм для стабилизации пламени. Фиксировалось время горения образца и время тушения пламени.
3
3
Огнетушащая способность составила 35-40 г/м, при нормативных требованиях не более 200 г/м.
Основные характеристики полученной рецептуры АОС приведены в таблице 2.
Предложенная совокупность существенных признаков не известна из доступных источников информации и может быть серийно воспроизведена в производстве, то есть соответствует критериям патентоспособности.
Литература
1. Патент РФ №2098156, опубл. 10.12.1997, кл. А62С 3/00, A62D 1/00.
2. Патент РФ №2010104458, опубл. 20.08.2011, кл. A62D 1/06.
3. Патент РФ №2057707, опубл. 10.04.1996, кл. C01B 13/02.
Таблица 1
Влияние рецептурных факторов на параметры горения АОС
Рецептура и параметры
Состав №1
Состав №2
Состав №3
NaClO<sub>4</sub>, %
38
40
42
KClO<sub>4</sub>, %
47
50
53
Mg, %
15
10
5
Температура горения, °C
2200
1800
1500
Скорость горения, U, мм/с
1,1
0,9
0,7
Выход аэрозоля, %
98
95
85
Содержание MgO в аэрозоле, %
2,5
1,5
<1
Таблица 2
Основные характеристики АОС
Показатель, единица измерения
Значение показателя
Рецептура состава, %
перхлорат натрия
40±2
перхлорат калия
50±2
магний
10±2
Огнетушащая способность, г/м<sup>3</sup>
35-40
Температура горения, °C
1800-1900
Линейная скорость горения, мм/с
0,9-1,0
Газопроизводительность, л/кг
210-215
Состав газовой фазы, %
O<sub>2</sub>
100
Состав конденсированной фазы, %
NaCl
43,5
KCl
55,0
MgO
1,5
Соотношение фаз (твердая/газовая)
0,65