Способ получения огнетушащего порошкового состава охлаждающего воздействия
METHOD FOR PRODUCING A SOLID-EXTINGUISHING AGENT WITH A COOLING EFFECT

Изобретение относится к способам получения огнетушащих порошковых составов (ОПС), применяемых для тушения пожаров классов ABCE в различных отраслях промышленности и в быту.
Применение в составе ОПС смеси из тушащих компонентов на основе фосфорно-аммонийных солей и кристаллогидратов позволяет повысить пожаротушащую эффективность состава за счет увеличения охлаждающего эффекта и разбавления зоны горения инертными газами.
На основе патентно-литературных источников можно сделать вывод, что в существующих разработках для получения мелкой фракции порошка кристаллогидрата (10 - 40 мкм) используется механическое измельчение. В данном процессе затрачивается большое количество механической энергии, которая преобразуется в тепловую. В результате происходит образование «горячих точек», то есть локальный нагрев порошкового материала, что приводит к потере кристаллизационной воды и, как следствие, к снижению тушащей эффективности ОПС [Кляровский В.М., Молчанов В.И. Механохимические явления при сверхтонком измельчении. Академия наук СССР Сибирское Отделение Институт Геологии и Геофизики. 1971].
Известен патент CN102512779B, описывающий получение ОПС на основе неорганических солей (сульфата цинка, сульфата железа, сульфида цинка, сульфида железа и сульфата алюминия), содержащих кристаллизационную воду. Для улучшения огнегасящих свойств порошкового состава размер частиц используемых гидратов составляет менее 50 мкм. К недостаткам данного изобретения можно отнести применение в составе ОПС водорастворимых кристаллогидратов, что негативно сказывается на эксплуатационных свойствах порошка вследствие склонности к слеживаемости при хранении. К недостаткам данного изобретения можно также отнести то, что для получения фракции мелких частиц тушащего компонента применяется высокоэнергетическое измельчение, что недопустимо по отношению к веществам, содержащим кристаллизационную воду.
Известен патент US4149976A, описывающий получение ОПС, где в качестве активного огнетушащего компонента используется кристаллогидрат карбоната натрия. К недостаткам данного ОПС является его высокая гигроскопичность, так как неорганические соли, входящие в его состав водорастворимы и склонны к слеживанию. Это приводит к ухудшению текучести, следовательно, к ухудшению эксплуатационных и огнетушащих свойств порошка. Длительный технологический процесс подготовки состава, включающий измельчение, классификацию, дозировку и перемешивание всех компонентов состава, усложняет технологический процесс подготовки ОПС и, следовательно, удорожает процесс его производства. Помимо этого, измельчение кристаллогидратов приводит к их дегидратации и, следовательно, к снижению эффективности ОПС.
Известно изобретение CN105641846A, где описан способ получения ОПС содержащего кристаллогидраты - гидраты сульфата цинка, сульфата железа, сульфида цинка, сульфида железа, аммониево-алюминиевые квасцы. Недостатком данного изобретения является то, что в составе ОПС используется водорастворимые кристаллогидраты, которые в процессе хранения подвержены процессам перекристаллизации, что приводит к слеживанию состава, что в свою очередь негативно отражается на эксплуатационных характеристиках материала. Кроме того, способ получения ОПС предполагает механическое измельчение, что вызывает потерю кристаллизационной воды и снижение эффективности пожаротушения.
3
4
2
2
4
4
2
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является патент RU2277003(С2). В нем представлен ОПС и описан способ его получения, который в качестве активного тушащего компонента содержит нерастворимые в воде кристаллогидраты неорганических солей, например Mg(PO)⋅22HO, MgNHPO⋅HO c содержанием химически связанной воды в их составе 25 - 62 масс.%. Недостатком данного изобретения является то, что в процессе получения огнетушащего порошкового состава кристаллогидраты подвергаются механическому измельчению, которое приводит к дегидратации вещества вследствие локального нагрева порошка. В результате происходит снижение огнетушащей эффективности состава.
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения огнетушащего порошкового состава с повышенной эффективностью и охлаждающей способностью.
Данный способ позволяет получить тушащий компонент с заданным фракционным составом и повысить газогенерирующую способность ОПС, а также обеспечивает повышение пожаротушащей эффективности за счет исключения возможности потери кристаллизационной воды в процессе производства состава.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении охлаждающей способности ОПС, а также в снижении энергозатрат на стадии измельчения компонентов состава, содержащих кристаллизационную воду. Повышение пожаротушащего эффекта достигается за счет сохранения кристаллизационной воды в первоначальном количестве и выделение ее в процессе термического разложения кристаллогидрата, сопровождаемого эндотермическим эффектом (~1300 Дж/г), значительно превышающим тепловой эффект разложения аммофоса (~900 Дж/г), и разбавлением горючих газов в зоне горения водяным паром.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения охлаждающей добавки, заключающийся в кристаллизации нерастворимого в воде кристаллогидрата в присутствии поверхностно - активных веществ (ПАВ). В качестве кристаллогидрата могут использоваться магний-аммоний фосфат 6 - водн., фосфат магния 22 - водн. Метод основан на способности ПАВ снижать поверхностное натяжение раствора, что способствует увеличению скорости зародышеобразования в маточном растворе и, как следствие, образованию частиц кристаллогидрата размером менее 40 мкм и узким распределением их по размеру. Благодаря данному способу, существует возможность получать частицы нужного размера, регулируя условия кристаллизации и не прибегая к операции измельчения.
2
В качестве комплексного функционального наполнителя для ОПС используются супергидрофобные сферические нано- и микродисперсные частицы оксида кремния, размером 70 - 250 нм с удельной поверхностью не менее 100 м/г. Создание защитных покрытий с супергидрофобными свойствами на дисперсных компонентах ОПС препятствует воздействию влаги воздуха.
Создание огнетушащего порошкового состава включает в себя получение водонерастворимого кристаллогидрата, смешение с измельченным аммофосом и комплексным супергидрофобным функциональным наполнителем, что исключает перекресстализацию кристаллогидрата в процессе его хранения. Краевой угол смачивания на поверхности ОПС составляет более 160°, при этом, способность к водоотталкиванию сохраняется не менее 600 мин.
Целью предлагаемого способа получения ОПС является повышение эффективности порошковых средств пожаротушения на основе фосфатов аммония путем увеличения их охлаждающей способности за счет введения в их состав кристаллогидратов, термолиз которых сопровождается значительным эндотермическим эффектом и разбавлением очага возгорания негорючими газами.
Получение огнетушащего порошкового состава повышенного охлаждающего воздействия включает в себя следующие стадии:
1. Получение кристаллогидрата в присутствии ПАВ.
В процессе получения кристаллогидрата, в маточный раствор добавляют ПАВ любого типа (неионогенное/ анионное/ катионное/ цвиттерионное), концентрация ПАВ определяется значением критической концентрации мицеллообразования. При введении ПАВ скорость зародышеобразования кристаллов увеличивается с уменьшением поверхностного натяжения (σ) на границе твердое тело - жидкость, что приводит к образованию большого числа субмикронных частиц. Перемешивание маточного раствора осуществляется в турбулентном режиме.
2. Порошок кристаллогидрата промывается, затем высушивается в мягких условиях при температуре 50 - 90°С, чтобы предотвратить потерю кристаллизационной воды.
3. Высушенный порошок кристаллогидрата смешивается с измельченным аммофосом и комплексным функциональным наполнителем.
Примеры выполнения:
Пример 1. Нерастворимый кристаллогидрат получают по стандартной методике, далее в маточный раствор массой добавляют 0,01 % неионогенного ПАВ от общей массы раствора, перешивают со скоростью 600 об/мин при температуре 20°С в течение 1 часа. После окончания кристаллизации, полученный осадок промывают водой и высушивают при 50 - 90°С до постоянной массы. Полученный порошок кристаллогидрата добавляют к измельченному фосфату аммония с комплексным функциональным наполнителем в соотношении соответственно масс.%: 5 - 85, 10 - 90, 2 - 5.
В процессе хранении кристаллогидрата, полученного с использованием 0,01 % ПАВ, возможно формирование агрегатов кристаллических структур размером до 80 мкм.
Пример 2. Нерастворимый кристаллогидрат получают по стандартной методике, далее в маточный раствор добавляют 0,05 % анионного ПАВ от общей массы раствора, перешивают со скоростью 800 об/мин при температуре 25°С в течение 1 часа. После окончания кристаллизации, полученный осадок промывают водой и высушивают при 50 - 90°С до постоянной массы. Полученный порошок кристаллогидрата добавляют к измельченному фосфату аммония с комплексным функциональным наполнителем в соотношении соответственно масс.%: 5 - 85, 10 - 90, 2 - 5.
Применение 0,05 % ПАВ для обработки кристаллогидратов позволяет получить распределения частиц в интервале от 10 до 35 мкм.
Пример 3. Нерастворимый кристаллогидрат получают по стандартной методике, далее в маточный раствор добавляют 0,1 % катионного ПАВ от общей массы раствора, перешивают со скоростью 1000 об/мин при температуре 30°С в течение 1 часа. После окончания кристаллизации, полученный осадок промывают водой и высушивают при 50 - 90°С до постоянной массы. Полученный порошок кристаллогидрата добавляют к измельченному фосфату аммония с комплексным функциональным наполнителем в соотношении соответственно масс.%: 5 - 85, 10 - 90, 2 - 5.
Использование 0,1 % ПАВ позволяет получить распределение частиц кристаллогидратов в наиболее узком интервале от 10 до 25 мкм.
Пример 4. Нерастворимый кристаллогидрат получают по стандартной методике, далее в маточный раствор добавляют 0,2% цвиттерионного ПАВ от общей массы раствора, перешивают со скоростью 1200 об/мин при температуре 40°С в течение 1 часа. После окончания кристаллизации, полученный осадок промывают водой и высушивают при 50 - 90°С до постоянной массы. Полученный порошок кристаллогидрата добавляют к измельченному фосфату аммония с комплексным функциональным наполнителем в соотношении соответственно масс.%: 5 - 85, 10 - 90, 2 - 5.
Условия смешения и нагрева, которые требуются при использовании 0,2 % ПАВ, увеличивают энергозатраты для получения частиц кристаллогидрата размером менее 40 мкм.
Содержание воды в кристаллогидрате устанавливали с помощью термогравиметрического анализа (ТГА), а размер частиц контролировали с помощью оптического микроскопа. В результате получали узкое распределение частиц по размеру в диапазоне 10 - 35 мкм. По результатам ТГА измельченного механическим способом кристаллогидрата и полученным с применением ПАВ следует вывод, что при механическом измельчении происходит потеря порядка 80% кристаллизационный воды, при использовании ПАВ в процессе получения кристаллизационная вода сохраняется в первоначальном количестве.