КОМПОЗИЦИЯ, ОБРАЗУЮЩАЯ ОГНЕТУШАЩЕЕ ВЕЩЕСТВО ВСЛЕДСТВИЕ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ИНГРЕДИЕНТОВ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
COMPOSITION FORMING FIRE-EXTINGUISHING AGENT DUE TO CHEMICAL REACTION OF INGREDIENTS AT HIGH TEMPERATURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области пожаротушения, связанной с использованием огнетушащей композиции и химического огнетушащего вещества, и, в частности, к огнетушащей композиции, которая может образовывать огнетушащее вещество вследствие химической реакции при высокой температуре.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
После того, как было обнаружено, что огнетушащий агент хладон (Halon) может наносить существенный ущерб озоновому слою в атмосфере Земли, международное сообщество и правительство Китая начали исключать использование огнетушащего агента хладон; газовые системы пожаротушения, порошковые системы пожаротушения, водные системы пожаротушения и т.п., которые безвредны для окружающей среды, широко используют в качестве замены огнетушащего агента хладон.
Механизм пожаротушения инертным газом, таким как диоксид углерода, IG541 и т.п., основан главным образом на физическом тушении, а именно на подавлении горения путем уменьшения концентрации кислорода в области горения; такой способ пожаротушения явно представляет угрозу для безопасности персонала и рабочих. Порошковая система пожаротушения осуществляет пожаротушение с помощью способа, в котором порошок, распыленный под действием сжатого газа, приводят в контакт с пламенем, обеспечивая физический и химический ингибирующий эффект. Водораспыляющая система пожаротушения выполняет задачу по контролю огня, ингибируя и туша его в результате тройного действия водяного тумана: охлаждения, прекращения доступа кислорода и изолирования теплового излучения.
Однако эти системы пожаротушения должны храниться под высоким давлением, что требует не только большого объема, но также приводит к повышению риска физического взрыва при хранении; в документе "The Security Analysis of Gas Fire extinguishing System" (Fire Science and Technology 2002 21(5)) анализируют риски газовой системы пожаротушения и перечисляют несчастные случаи, произошедшие при использовании хранившейся под давлением газовой системы пожаротушения.
Аэрозольная технология пожаротушения сильно привлекает внимание, так как она не токсична, не подвержена коррозии, имеет высокую объемную эффективность, длительный срок хранения, обеспечивает объемное пожаротушение и полный диапазон огнетушения и т.п. Начиная с конца прошлого века и в течение текущего десятилетия аэрозольная технология быстро развивается, и связанные с ней патенты появляются в большом количестве (патенты RU 2230726, RU 2184587, RU 2214848, RU 2150310, RU 2108124, RU 2091106, RU 2076761 и патенты CN 1739820 A, CN 1150952 C, CN 1222331 C).
Недостатки существующего аэрозольного огнетушения состоят в том, что активность образующегося огнетушащего вещества существенно ослабляется после прохождения через охлаждающий слой, что сильно влияет на эффективность огнетушения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В свете указанных выше исследований в изобретении используют композицию, которая может образовывать огнетушащее вещество вследствие химической реакции при высокой температуре в огнетушителях. Задача изобретения состоит в создании огнетушащей композиции, которая не требует высокого давления при хранении, является более безопасной и менее вредной для окружающей среды и обладает высокой эффективностью.
Изобретение относится к композиции, образующей огнетушащее вещество вследствие химической реакции ингредиентов при высокой температуре, где огнетушащая композиция включает замедлитель горения, окислитель, восстановитель и связующее; содержание ингредиентов составляет: замедлитель горения 50-90 мас.%, окислитель 5-30 мас.%, восстановитель 5-10 мас.%, связующее 0-10 мас.%. При использовании пиротехнический агент применяют в качестве источника тепла и энергии; при воспламенении пиротехнического агента окислитель и восстановитель в огнетушащей композиции вступают в реакцию, образуя активное огнетушащее вещество под действием высокой температуры, достигаемой при горении пиротехнического агента, таким образом, осуществляя огнетушение.
Замедлитель горения представляет собой одно или более из следующих веществ: бромсодержащий замедлитель горения, хлорсодержащий замедлитель горения, фосфорорганический замедлитель горения, фосфоргалогенсодержащий замедлитель горения, азотсодержащий и фосфоразотсодержащий замедлитель горения или неорганический замедлитель горения.
Бромсодержащий замедлитель горения включает тетрабромбисфенол А, простой эфир тетрабромбисфенола А, 1,2-бис(трибромфенокси)этан, 2,4,6-трибромфенилглицидиловый эфир, тетрабромфталевый ангидрид, N,N-этилен-бис(тетрабромфталимид), диметиловый эфир 4-бромфталевой кислоты, динатриевую соль тетрабромфталевой кислоты, декабромдифениловый эфир, 1,4-бис(пентабромфенокси)тетрабромбензол (т.е. DBDPOB), 1,2-бис(пентабромфенил)этан, бромтриметилфенилиндан (т.е. BTMPI), пентабромбензилакрилат, пентабромбензилбромид, гексабромбензол, пентабромтолуол, 2,4,6-трибромфенилмалеинимид, гексабромциклододекан, N,N'-1,2-бис(этилен-бис(5,6-дибромнорборнан-2,3-дикарбоксимид)) (т.е. DEDBFA), пентабромхлорциклогексан, сложный эфир три(2,3-дибромпропил)изо-меламина, бромированный сополимер стирола, олигомер карбоната тетрабромбисфенола А, поли(пентабромбензилакрилат) (т.е. РРВВА), поли(дибромфениленовый эфир).
Хлорсодержащий замедлитель горения включает хлорэндиковый ангидрид, перхлорпентациклодекан, тетрахлорбисфенол А, тетрахлорфталевый ангидрид, гексахлорбензол, хлорированный полипропилен, хлорированный поливинилхлорид, сополимер винилхлорид-винилиденхлорид, хлорированный полиэфир, гексахлорэтан.
Фосфорорганический замедлитель горения включает 1-оксо-4-гидроксиметил-2,6,7-триокса-1-фосфагетеробицикло[2,2,2]октан, 2,2-диметил-1,3-пропандиил-бис(неопентилгликолято)бисфосфат, 9,10-дигидро-9-окса-10-фосфафенантрен-10-оксид, бис(4-карбоксифенил)фенилфосфиноксид, бис(4-гидроксифенил)фенилфосфиноксид, олигомер фенилфосфатдифенил-сульфонового эфира.
Фосфоргалогенсодержащий замедлитель горения включает три(2,2-бис(бромметил)-3-бромпропил)фосфат, три(дибромфенил)фосфат, 3,9-бис(трибромфенокси)-2,4,8,10-тетраокса-3,9-дифосфаспиро[5,5]-3,9-диоксидундекан, 3,9-бис(пентабромфенокси)-2,4,8,10-тетраокса-3,9-дифосфаспиро[5,5]-3,9-диоксидундекан, 1-оксо-4-трибромфенилоксикарбонил-2,6,7-триокса-1-фосфабицикло[2,2,2]октан, п-фенилентетра(2,4,6-трибромфенил)бисфосфат, 2,2-бис(хлорметил)-1,3-пропандиил-бис(неопентилгликолято)бисфосфат, 2,9-бис(трибромнеопентилокси)-2,4,8,10-тетраокса-3,9-дифосфаспиро[5,5]-3,9-диоксидундекан.
Азотсодержащий и фосфоразотсодержащий замедлитель горения включает меламинцианурат, фосфатную соль меламина, димеламинортофосфат, меламинполифосфат, меламинборат, меламиноктамолибдат, циануровую кислоту, три-гидроксиэтилизоцианурат, 2,4-диамино-6-(3,3,3-трихлорпропил)-1,3,5-триазин, 2,4-бис(N-гидроксиметиламино)-6-(3,3,3-трихлорпропил)-1,3,5-триазин, двухосновный фосфат гуанидина, дигидрофосфат гуанидина, карбонат гуанидина, сульфамат гуанидина, мочевину, дигидрофосфат мочевины, дициандиамид, бис(2,6,7-триокса-1-фосфабицикло[2,2,2]октан-1-окси-4-метил)гидроксифосфат меламина, 3,9-дигидрокси-3,9-диокси-2,4,8,10-тетраокса-3,9-дифосфаспиро[5,5]ундекан-3,9-димеламин, 1,2-бис(2-окси-5,5-диметил-1,3-диокса-2-фосфоргетероциклогексил-2-амино)этан, N,N'-бис(2-окси-5,5-диметил-1,3-диокса-2-фосфоргетероциклогексил)-2,2'-м-фенилендиамин, три(2-окси-5,5-диметил-1,3-диокса-2-гетероциклогексил-2-метил)амин или тример фосфонитрилхлорида.
2
2
2
2
2
Неорганический огнетушащий материал включает полифосфат аммония, гидрофосфат диаммония, дигидрофосфат аммония, фосфат цинка, фосфат алюминия, фосфат бора, триоксид сурьмы, гидроксид алюминия, гидроксид магния, гидромагнезит, щелочной оксалат алюминия, борат цинка, метаборат бария, оксид цинка, сульфид цинка, гептагидрат сульфата цинка, нитевидные кристаллы бората алюминия, октамолибдат аммония, гептамолибдат аммония, станнат цинка, оксид олова, диоксид олова, ферроцен, ацетоновый комплекс железа (III) (ferric acetone), оксид железа (III), оксид железа (II, III), бромид аммония, вольфрамат натрия, гексафтортитанат калия, гексафторцирконат калия, диоксид титана, карбонат кальция, сульфат бария, бикарбонат натрия, бикарбонат калия, карбонат кобальта, карбонат цинка, основной карбонат цинка, тяжелый карбонат магния, основной карбонат магния, карбонат марганца, карбонат железа (II), карбонат стронция, гексагидрат карбоната натрия-калия, карбонат магния, карбонат кальция, доломит, основной карбонат меди, карбонат циркония, карбонат бериллия, сесквикарбонат натрия, карбонат церия, карбонат лантана, карбонат гуанидина, карбонат лития, карбонат скандия, карбонат ванадия, карбонат хрома, карбонат никеля, карбонат иттрия, карбонат серебра, карбонат празеодима, карбонат неодима, карбонат самария, карбонат европия, карбонат гадолиния, карбонат тербия, карбонат диспрозия, карбонат гольмия, карбонат эрбия, карбонат тулия, карбонат иттербия, карбонат лютеция, гидроксиацетат алюминия, ацетат кальция, битартрат натрия, ацетат натрия, ацетат калия, ацетат цинка, ацетат стронция, ацетат никеля, ацетат меди, оксалат натрия, оксалат калия, оксалат аммония, оксалат никеля, дигидрат оксалата марганца, нитрид железа, нитрат циркония, дигидрофосфат кальция, дигидрофосфат натрия, дигидрат дигидрофосфата натрия, дигидрофосфат калия, дигидрофосфат алюминия, дигидрофосфат аммония, дигидрофосфат цинка, дигидрофосфат марганца, дигидрофосфат магния, гидрофосфат натрия, гидрофосфат аммония, гидрофосфат кальция, гидрофосфат магния, фосфат аммония, фосфат магния-аммония, полифосфат аммония, метафосфат калия, триполифосфат калия, триметафосфат натрия, гипофосфит аммония, дигидроортофосфит аммония, фосфат марганца, гидрофосфат цинка, гидрофосфат марганца, фосфат гуанидина, фосфатную соль меламина, фосфат мочевины, гидрофосфат стронция, метаборат калия, борную кислоту, пентаборат аммония, тетраборат калия·8HO, метаборат магния·8HO, тетраборат аммония·4HO, метаборат стронция, тетраборат стронция, тетраборат стронция·4HO, тетраборат натрия·10НО, борат марганца, борат цинка, фторборат аммония, сульфат железа(II)-аммония, сульфат алюминия, алюмокалиевые квасцы, алюмоаммонийные квасцы, сульфат аммония, гидросульфат магния, гидроксид алюминия, гидроксид магния, гидроксид железа (III), гидроксид кобальта, гидроксид висмута, гидроксид стронция, гидроксид церия, гидроксид лантана, гидроксид молибдена, молибдат аммония, станнат цинка, трисиликат магния, теллуровую кислоту, вольфрамат марганца, манганит, кобальтоцен.
Огнетушащий материал также может представлять собой 5-аминотетразол, азодикарбонамид, нейлоновый порошок, оксамид, биурет, пентаэритрит, декабромдифениловый эфир, тетрабромфталевый ангидрид, дибромнеопентилгликоль, цитрат калия, цитрат натрия, цитрат марганца, цитрат магния, цитрат меди или цитрат аммония.
Окислитель представляет собой одно или более из следующих веществ: нитрат натрия, нитрат магния, оксид железа, нитрат бария, нитрат стронция и нитрат калия.
Восстановитель представляет собой одно или более из следующих веществ: магний, углерод, алюминий, железо, нитрат гуанидина, нитрогуанидин и меламин.
Связующее представляет собой одно или более из следующих веществ: силикат натрия, фенольная смола, шеллак и крахмал.
В ходе производства огнетушащую композицию по изобретению можно подвергнуть обработке для получения требуемых форм, например, сфер, хлопьев, полосок, блоков и ячеек, а также ее можно подвергнуть обработке для создания покрытия на поверхности.
Механизм огнетушения огнетушащей композицией следующий: пиротехнический агент после воспламенения может выделять большое количество тепла, таким образом, окислитель и восстановитель в огнетушащей композиции вступают в окислительно-восстановительную реакцию, образуя большое число активных огнетушащих веществ для тушения огня. Однако в отличие от традиционного образующего аэрозоль агента из-за наличия большого количества замедлителей горения сама композиция не может гореть, если отсутствует внешний источник нагрева. Изобретение может обеспечить огнетушащую композицию, которая более эффективна и безопасна, чем традиционный образующий аэрозоль агент.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВОПЛОЩЕНИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ
3
Добавляют соответственно 30 г огнетушащей композиции, приготовленной в виде хлопьев, в огнетушащее устройство, которое заполнено 20 г термоаэрозольного агента типа К (учебник ″Fire Extinguishing Technology Using Aerosol″ (Технология пожаротушения с использованием аэрозоля), Ed.Hongbao Guo, Chemical Industry Press, с. 80 (строка 3 - до конца страницы), и соответственно выполняют огнетушащие испытания на распространение огня в испытательном боксе объемом 1,0 м; результаты испытаний приведены в таблице 1.
В сравнительном воплощении используют 20 г коммерческого термоаэрозольного огнетушащего агента типа К.
Таблица 1.
Ингредиенты и сравнение результатов испытаний
Ингредиент
Содержание ингредиента, мас.%
№1
№2
№3
№4
№5
№6
№7
Сравнительное воплощение
Дигидрофосфат аммония
62
59
20 г коммерческого термоаэрозольного агента типа К
Гидрофосфат аммония
60
Фосфатная соль меламина
58
64
Меламин
10
9
8
Тетрабромбисфенол А
65
63
Фенолальдегид
7
7
Оксид железа
20
Углерод
2
7
4
Нитрат магния
20
5
Нитрат калия
19
25
18
Магний
3
8
8
Алюминий
2
4
Силикат натрия
8
8
5
Шеллак
5
8
Нитрат натрия
25
24
Сравнение результатов испытаний
Результаты огнетушения, число затушенных источников огня
4
4
5
4
5
4
3
2
3
Из результатов испытаний в приведенной выше таблице можно видеть, что огнетушащие характеристики всех огнетушащих композиций из воплощений 1-7 по изобретению превосходят сравнительное воплощение (20 г коммерческого термоаэрозольного агента типа К) при проведении огнетушащего испытания на распространение огня в испытательном боксе объемом 1,0 м.
3
Экспериментальный способ основан на способе испытания распределения концентрации по п.7.13 в GA 499-2004; огнетушащие испытания проводят в испытательном боксе объемом 1 м; пять испытательных емкостей помещают в испытательный бокс: четыре топливных емкости расположены в четырех углах экспериментального пространства ступенчато вверх и вниз парами; кроме того, топливная емкость расположена в нижней части экспериментального пространства за перегородкой. В топливную емкость наливают н-гептан.