АВТОНОМНОЕ СРЕДСТВО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
SELF-SUPPORTING EXTINGUISHING MEDIA

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к пожарной технике, а именно к автономному средству пожаротушения.
Уровень техники
Автономные средства пожаротушения применяются для подавления локальных очагов возгорания в системах силовой автоматики, пультах управления, электрических шкафах в момент их возникновения, т.е. на ранних этапах развития возгорания.
3
7
Из патента РФ №2161520 (опубл. 10.01.2001) известно автономное средство пожаротушения, выполненное из материала с огнегасящими свойствами на основе микрокапсул огнегасящего состава, распределенных в полимерном связующем. Микрокапсулы представляют собой микросферы из сферических желатиновых оболочек и заключенного внутри каждой оболочки жидкого огнетушащего агента, в качестве которого используются галогенорганические соединения, например CFI, которые автоматически выделяются при нагревании.
Недостатком этого средства является то, что изготовление желатиновых оболочек микрокапсул, используемых в нем для микрокапсулирования огнегасящего состава, является технологически сложным и дорогостоящим процессом, что значительно повышает стоимость изделий, изготавливаемых с использованием данного материала.
Из патента РФ на полезную модель №90994 (опубл. 27.01.2010) известно другое автономное средство пожаротушения, выполненное из материала с огнегасящими свойствами, содержащего микрокапсулы с огнегасящим составом, представляющие собой галогенуглерод, заключенный в полимерную оболочку из полимочевины и (или) полиуретана, и связующее, в качестве которого используется полимерная смола. Материал с огнегасящими свойствами нанесен на твердофазный носитель, например, на металлическую подложку. Данное средство обеспечивает срабатывание микрокапсул в диапазоне температур 110-165°С. Вместе с тем, данное средство обладает рядом недостатков. Так, например, с течением времени и (или) при колебании температуры и влажности окружающей среды огнегасящий слой может растрескиваться и выкрашиваться с поверхности подложки. Таким образом, огнегасящие свойства средства ухудшаются, и в случае возникновения возгорания оно может не сработать.
В патенте РФ на полезную модель №109668 (опубл. 27.10.2011) описано автономное средство пожаротушения, выполненное в виде многослойной пластины из листа композиционного материала, обладающего огнегасящими свойствами, путем его нарезки. Композиционный материал выполнен на основе микрокапсул огнегасящего состава, представляющих собой галогенуглерод-1,1,2,2-тетрафтордибромэтан и (или) 1,1,2-трифтортрихлорэтан и (или) 2-иод-1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан и (или) их смесь с другими галогенуглеродами, заключенный в полимерную оболочку из полимочевины и (или) полиуретана на основе преполимера полиизоцианата. Микрокапсулы распределены в связующем, включающем в себя полимерную и минеральную составляющие. На сформованный композиционный материал с одной стороны для его крепления на поверхность защищаемого объекта нанесен клеевой слой, закрытый защитной пленкой.
Однако данное автономное средство пожаротушения не обладает достаточно высокими прочностными свойствами, высокой стойкостью к растрескиванию, атмосферостойкостью, влаго- и водостойкостью, что сокращает срок его службы в качестве автономного огнетушащего средства.
Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому техническому результату аналог описан в патенте РФ на полезную модель №152765 (опубл. 20.06.2015). В этом средстве на подложку нанесен огнегасящий композиционный материал, содержащий полимерное связующее из отвержденной пластифицированной дибутилфталатом поливинилацетатной смолы и смесь микрокапсул, включающих в качестве огнегасящего вещества галогенсодержащие алифатические насыщенные углеводороды из класса хладонов (фреонов).
Главным недостатком данного средства пожаротушения является такие отрицательные механико-прочностные свойства как ломкость и отслаивание огнегасящего материала при изгибе средства во время его монтажа, сильная усадка и высокое трещинообразование при формировании изделий большой толщины (2-5 мм), а также длительное время срабатывания.
Раскрытие изобретения
Технической задачей данного изобретения является преодоление недостатков уровня техники и достижение технического результата в виде расширения арсенала технических средств за счет создания автономного средства пожаротушения, имеющего малое время срабатывания, высокие механические и прочностные свойства, надежность при эксплуатации в нормальных условиях и при тушении возгорания.
Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в настоящем изобретении предложено автономное средство пожаротушения, содержащее полимерное связующее и микрокапсулированный огнетушащий агент, включающий в каждой микрокапсуле полимерную оболочку и ядро, содержащее в качестве компонентов газ-носитель, имеющий температуру кипения от -155 до +10°С, флегматизатор горения и ингибитор горения в массовом соотношении: газ-носитель 5-50%, флегматизатор горения 30-70%, ингибитор горения 1-25%, а массовое соотношение микрокапсул и полимерного связующего составляет от 10:1 до 1:4.
Особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что массовое соотношение полимерной оболочки и ядра в капсуле может составлять от 2:98 до 10:90.
Другая особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что полимерная оболочка каждой микрокапсулы может быть выполнена из одного из полимеров, выбранного из группы, включающей полистирол, полиуретан, полимочевину, полиэпоксид, полинитрил, полиакрилат, полиамид, либо из их смесей или продуктов их сополимеризации.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что огнетушащий агент может представлять собой азеотропную смесь.
1
3
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве газа-носителя может быть использован частично или полностью фторированный углеводород с длиной углеродной цепи С-С.
При этом в качестве газа-носителя может быть использован: 1-Н-гептафторпропан или 2-Н-гептафторпропан или пентафторэтан или 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан или их смеси.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве флегаматизатора горения может быть использовано вещество из группы, включающей иодтрифторметан, 1-иодгептафторпропан, 2-иодгептафторпропан, иодпентафторэтан, 2,2-дииод-1,1,1,3,3,3-гексафторпропан, 1,2-дибромэтан, дибромметан либо их смеси.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве ингибитора горения может быть использовано соединение металла переменной валентности из группы, включающей железо, хром, марганец, ванадий, молибден.
При этом в качестве ингибитора горения может быть использовано соединение из группы, включающей дициклопентидиенил железо, циклопентадиенил-трикарбонилмарганец, метилциклопентадиенлтрикарбонил-марганец, дибензолхром, или их гомологи.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве ингибитора горения может быть использован коллоидный раствор или стабилизированная дисперсия с размером частиц 0,01-0,1 мкм.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что ядро может дополнительно содержать по меньшей мере один высокомолекулярный стабилизатор, выбранный из олигомеров тетрафторэтилена или гексафторпропилена со средним молекулярным весом 3000-100000.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что ядро может дополнительно содержать антиоксидант.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что ядро может дополнительно содержать по меньшей мере один акцептор галогенов и (или) галогеноводородов.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что оболочка может иметь температуру начала разрушения и выхода содержимого в интервале от 60 до 260°С.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что микрокапсулы могут характеризоваться температурным интервалом от начала разрушения оболочки до полного высвобождения содержимого от 10 до 20°С.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что оно может дополнительно содержать минеральный наполнитель, в качестве которого может быть использовано одно из группы, включающей порошок корунда, мел, мрамор, тальк, диоксид титана, технический углерод, аэросил.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве полимерного связующего может быть использована водная дисперсия поливинилацетата, или полиакрилата, или полистирола, или полиэфира.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что оно может дополнительно содержать волокнистый материал, выбранный из группы, включающей стекловолокно, базальт, кремнезем, полипропилен, полиэфир.
Еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что оно может дополнительно содержать дисперсный или водорастворимый краситель.
Наконец, еще одна особенность средства по настоящему изобретению состоит в том, что оно может дополнительно содержать несущий слой, выполненный из нетканого материала толщиной 0,05-2 мм, выбранного из группы, включающей стекловолокно, полипропиленовое волокно, кремнезем.
Подробное описание вариантов осуществления
Предложенное автономное средство пожаротушения предназначено для производства огнетушащих покрытий, огнетушащих порошков и термоактивируемых огнетушащих средств (технология ТЕРМО-ОТВ).
Главным отличием автономного средства пожаротушения по настоящему изобретению является комплексный состав содержимого в ядре каждой микрокапсулы, совокупность которых образует микрокапсулированный огнетушащий агент. Компонентами этого состава являются, помимо сжиженного газа-носителя, имеющего температуру кипения от -155 до +10°С, еще флегматизатор горения и ингибитор горения, причем массовое соотношение компонентов составляет: газ-носитель 5-50%, флегматизатор горения 30-70%, ингибитор горения 1-25%.
1
3
Газ-носитель в данном микрокапсулированном огнетушащем агенте выполняет в основном транспортную функцию - доставку газообразных ОТВ в область горения и регулирует температуры начала и конца выхода огнетушащего агента из микрокапсул. В качестве газа-носителя эффективно использовать низшие частично или полностью фторированные углеводороды (длина углеродной цепи С-С), имеющие температуру кипения в интервале от -155°С для трифторметана (хладон R23) до -16°С для гептафторпропана (хладон 227еа). Путем выбора газа носителя или их смеси возможно создание микрокапсулированного огнетушащего агента с внутренним давлением внутри микрокапсулы от 0,5 до 4 Барр, что позволяет добиться очень узкого диапазона срабатывания (10-20°С) при сохранении требуемой температуры начала срабатывания (60-260°С), что дает высокую интенсивность выхода ОТВ и соответственно эффективное тушение возгорания.
Флегматизатор горения в предложенном агенте выполняет функцию основного огнетушащего вещества. В качестве флегматизатора горения могут использоваться наиболее эффективные иод- и бром-содержащие фторуглероды: иодтрифторметан, или 1-иодгептафторпропан, или 2-иодгептафторпропан, или иодпентафторэтан, или 2,2-дииод-1,1,1,3,3,3-гексафторпропан, или 1,2-дибромэтан, или дибромметан, либо их смеси. Поскольку эксплуатационные характеристики огнетушащего состава определяются в основном используемым газом-носителем, параметры и агрегатное состояние флегматизатора не имеет особого значения: могут использоваться флегматизаторы в газообразном, жидком и твердом виде.
Ингибитор горения в заявляемом огнетушащем составе усиливает огнетушащее действие флегматизатора путем активного прерывания радикальной цепочки горения. В качестве ингибитора горения эффективно использование соединений металлов переменной валентности, например, соединения железа, или хрома, или марганца, или ванадия, или молибдена. Удобно использовать комплексные металлоценовые соединения (дицикло-пентадиенилжелезо, циклопентадиенил-трикарбонилмарганец (ЦТМ), метилцикло-пентадиенилтрикарбонилмарганец, циклопентадиенилциклогеп-татриенил-ванадий дибензолхром и их производные), которые являются растворимыми во фторуглеродах и тем самым позволяют получить гомогенный огнетушащий состав. Введение недостаточно растворимых ингибиторов горения возможно в виде коллоидного раствора или ультратонкой (0,01-0,1 мкм) дисперсии, стабилизированной высокомолекулярными веществами, например, олигомерами тетрафторэтилена или гексафторпропилена или тетрафторэтиленоксида с достаточно большим средним молекулярным весом (3000-100000). Фторированный полимер растворяется в огнетушащем ядре, эффективно загущает его и тем самым снижает внутреннее давление в капсуле и препятствует оседанию и агрегации дисперсной фазы.
Массовое соотношение полимерной оболочки и ядра в каждой капсуле огнетушащего агента, составляющего основу автономного средства пожаротушения по настоящему изобретению, предпочтительно составляет от 2:98 до 10:90. При этом полимерная оболочка каждой микрокапсулы может быть выполнена из одного из полимеров, выбранного из группы, включающей полиуретан, полимочевину, полиэпоксид, полинитрил, полиакрилат, полиамид, либо из их смесей или продуктов их сополимеризации. При меньшем процентном содержании материала оболочки ее прочность недостаточна для надежного хранения огнетушащего агента; при большем содержании существенно возрастает температура разрушения микрокапсул (более 260°С).
Предпочтительно огнетушащий агент представляет собой азеотропную смесь компонентов, благодаря чему при испарении огнетушащего агента он переходит в газовую фазу как единое целое, без изменения компонентного состава.
Ядро может также дополнительно содержать любой антиоксидант, а также хотя бы один акцептор галогенов и (или) галогеноводородов. Коррозионная активность и токсичность газовых составов на основе полигалогенированных углеводородов определяется во многом наличием в них следов свободных галогенов (фтор, иод) и галогеноводородов (фтороводород, иодоводород), которые образуются при воздействии на них влаги, кислорода воздуха, света, а также при воздействии высокой температуры в области пламенного горения при тушении очага возгорания. Для улучшения токсикологических характеристик в предложенном огнетушащем составе могут быть использованы акцепторы галогенов и галогеноводородов: ненуклеофильные алифатические и ароматические амины, например, 2,6-лутидин, триизопропиламин, дитретбутиламин, монометиланилин, добавляемые в количестве 0,2-0,5 мас.%.
Полимерным связующим в автономном средстве пожаротушения по настоящему изобретению может быть, к примеру, поливинилацетат, полиакрилат, полистирол, полиэфир, используемые в форме водной дисперсии. Массовое соотношение микрокапсул и полимерного связующего может составлять от 10:1 до 1:4. При соотношении микрокапсулированного огнетушащего агента и полимерного связующего более 10:1 получаемый материал не обладает достаточной прочностью, а при соотношении менее 1:4 материал не обладает достаточными огнетушащими свойствами.
Автономное средство пожаротушения по настоящему изобретению может дополнительно содержать минеральный наполнитель. В качестве такового можно использовать, например, порошок корунда, мел, мрамор, тальк, диоксид титана, технический углерод, аэросил.
Автономное средство пожаротушения по настоящему изобретению может дополнительно содержать волокнистый материал. Таким материалом может быть, например, стекловолокно, базальт, кремнезем, полипропилен, полиэфир.
Автономное средство пожаротушения по настоящему изобретению может дополнительно содержать дисперсный или водорастворимый краситель.
Процентное содержание минерального наполнителя, волокнистого материала и красителя в автономном средстве пожаротушения по настоящему изобретению подбирается в конкретном случае таким образом, чтобы достигались требуемые механические и декоративные свойства при сохранении огнегасящих свойств средства.
Для дополнительного механического упрочнения, а также для увеличения технологичности производства, автономное средство пожаротушения по настоящему изобретению может дополнительно содержать несущий слой (подложку), на который это средство наносится. Таким слоем может быть слой толщиной 0,05-2 мм из такого нетканого материала как стекловолокно, полипропиленовое волокно, кремнезем.
Типовой процесс изготовления заявляемого автономного средства состоит из следующей последовательности технологических операций.
1. Изготовление полимерной композиции для производства автономного средства пожаротушения:
1.1 Приготовление рабочего раствора полимерного связующего.
1.2 Добавление сухих сыпучих компонентов, гомогенизация смеси.
1.3 Добавление колерующего состава.
1.4. Добавление микрокапсулированного агента.
1.5. Добавление загустителей, консервантов, анисептиков, реологических и прочих технологических добавок.
1.6. Вакуумирование при перемешивании при 0,01 МПа.
2. Изготовление огнетушащего композиционного материала:
2.2. Формовка огнетушащего композиционного материала с использованием заливочных форм при ручном изготовлении или формирование ленты с использованием щелевого экструдера при автоматическом производстве.
2.3. Первичное отверждение композиционного материала.
2.4. Формирование поверхности материала с использованием прокатных вальцов.
2.5. Окончательное отверждение (сушка) материала.
2.6. Соединение с несущим слоем, нанесение клеящего слоя (в зависимости от вида исполнения).
2.6. Нарезка на индивидуальные изделия, маркировка и упаковка.
Процесс изготовления огнетушащего средства по настоящему изобретению может быть выполнен на типовом химическом оборудовании: жидкостные реакторы смешения, щелевые экструдеры, конвейер для непрерывного литья, заливочные формы, высечные станки и ламинаторы.
Выбор конкретного набора оборудования зависит от вида реализации огнетушащего средства, требуемых характеристик, используемого сырья и требуемой производительности.
Огневые испытания полученных образцов автономного средства пожаротушения проводят следующим образом.
В качестве модельного защищаемого объема используют металлический ящик требуемого объема и степени негерметичности, снабженный дверкой со смотровым стеклом. В ящик устанавливают модельный очаг возгорания и образец средства тушения. Очаг возгорания устанавливают по центру ящика, а средство тушения в его верхней части. Очаг поджигают, дверку ящика закрывают. При помощи секундомера фиксируют время тушения и повторное возгорание.
Температуру начала активации (выделения ОТВ) и конца выделения ОТВ определяют с использованием термовесов (дериватографа). Для этого навеску материала огнетушащего средства помещают в термовесы и определяют зависимость потери массы образца от его температуры при линейном нагреве со скоростью 3-5°С/мин. Температуру срабатывания средства определяют как начало интенсивной потери массы образца, диапазон температуры срабатывания определяют как разницу между температурой окончания и начала интенсивной потери массы образца.
Примеры реализации предложенного огнетушащего средства и полученные характеристики приведены в Таблице.
Как видно из Таблицы, образцы автономного средства тушения, выполненные по настоящему изобретению, обладают лучшей огнетушащей эффективностью (меньшая температура срабатывания, меньший диапазон температуры срабатывания и меньшее время тушения) и лучшей гибкостью при отсутствии растрескивания.
Таким образом, в настоящем изобретении обеспечивается технический результат в виде создания автономного средства пожаротушения, имеющего малое время срабатывания, высокие механические и прочностные свойства, надежность при эксплуатации в нормальных условиях и при тушении возгорания.