РЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ОГНЕТУШАЩИХ ПОРОШКОВЫХ СОСТАВОВ
RHEOLOGICAL ADDITIVE FOR FIRE-EXTINGUISHING POWDER FORMULATIONS

Настоящее изобретение относится к составу реологической добавки для огнетушащих порошковых составов на основе сульфата аммония, фосфата аммония и полифосфата аммония. Реологическая добавка является необходимым компонентом при изготовлении огнетушащих порошковых составов, она обеспечивает повышение текучести, препятствует слеживаемости дисперсных компонентов при хранении и придает составу гидрофобные свойства.
2
3
Известен огнетушащий порошковый состав (Патент РФ №2228777), где в качестве дисперсной гидрофобной добавки содержится диоксид кремния с удельной поверхностью не менее 100 м/г в количестве 0,5-3,0 мас. %, а в качестве добавки для повышения текучести - ионно-решетчатый минерал с комплексными анионными группами плотностью не менее 2,8 г/см брутто-формулы (1):
3
2
или фосфоритную муку с плотностью не менее 2,8 г/см в количестве 6,0-23,0 мас. %, в качестве гидрофобизатора используют кремнийорганическую жидкость (метилгидридсилоксан с содержанием активного водорода 1.6-1.7 мас. %) или смесь метилгидридсилоксана как основы модификатора с катализатором отверждения - аминоэтиламинопропилтриметоксисиланом в соотношении основа: катализатор отверждения (5-70):1. В качестве диоксида кремния используют кварцевый песок, и/или белую сажу, и/или перлит, и/или аэросил, и/или осажденный кремнеземный наполнитель с удельной поверхностью не ниже 100 м/г.
Недостатком данного изобретения является сложный компонентный состав добавки, необходимость использовать отдельно добавку для повышения текучести и придания гидрофобности, в результате суммарный объем добавки достигает 15 мас. %, тем самым существенно снижается доля активного огнетушащего компонента.
Известен состав для тушения пожаров (Патент РФ 2236880) где в качестве добавки для повышения текучести используются карбонаты щелочноземельных металлов, и/или их смесь с графитом и/или нефелиновым концентратом, или смесь графита с нефелиновым концентратом, а в качестве антислеживающей добавки содержит гидрофобный диоксид кремния при соотношении, мас. %: антислеживающая добавка 1,5-4,5; добавка для текучести 5,0-15,0; тушащий агент до 100.
Недостатком данного состава является низкое содержание активного компонента - хлорида калия (82-88 мас. %) используется отдельно добавка для повышения текучести (5,0-15,0 мас. %) и придания гидрофобности (1,5-4,5 мас. %).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом, взятым за прототип, является способ получения огнетушащего порошкового состава (Патент РФ №2523468), в котором в качестве диспергирующей реологической добавки используют диоксид кремния (БС-120), обработанный полиорганогидридсилоксаном, при котором производится измельчение фосфата аммония в присутствии диоксида кремния (белой сажи БС-120) и полиорганогидридсилоксана (ГКЖ 136-41) при массовом соотношении 90-97, 2,5-5, 0,5-5%.
Недостатком данного способа является большой расход гидрофобизатора полиорганогидридсилоксана (ГКЖ 136-41) до 2,5 г на 100 г готового продукта. Диоксид кремния марки белая сажа БС-120 содержащийся в добавке представляет собой устойчивые агломераты из наноразмерных частиц оксида кремния неправильной формы, размером до нескольких микрометров. Форма агломератов частиц белой сажи препятствует эффективному процессу течения порошкового состава, а также не обеспечивает равномерного распределения добавки по поверхности огнетушащих компонентов.
Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективной реологической добавки, обеспечивающей улучшенную подвижность и гидрофобность огнетушащим порошковым составам при высокой доле огнетушащего компонента (порядка 95%).
Для решения поставленной задачи предлагается использовать диоксид кремния в виде сферических монодисперсных частиц размером 200 нм (Фиг. 1), полученных гетерогенным синтезом, совместно с диоксидом кремния марки Аэросил 380 со средним размером частиц 7 нм, обработанными гидрофобизирующим соединением полиорганогидридсилоксаном в среде органического растворителя.
Создание реологической добавки включает проведение гетерогенного синтеза сферических частиц, обработку частиц в среде органического растворителя с добавлением гидрофобизатора полиорганосилоксана, с последующей выпариванием растворителя, сушкой и смешением компонентов в ножевой мельнице.
Целью предлагаемого способа является повышение реологических характеристик огнетушащих порошковых составов на основе различных соединений, таких как сульфат аммония, фосфат аммония и полифосфат аммония при сохранении высокой доли огнетушащего компонента (порядка 95%).
Технический результат достигается за счет сферической формы монодисперсных частиц диоксида кремния размером 200 нм в составе реологической добавки, сферическая форма частиц обеспечивает высокую подвижность порошковому составу в отличие от применяемого диоксида кремния марки БС-120, который представляет собой нанодисперсные частицы в виде агломератов размером до нескольких микрометров неправильной формы. Также за счет введения дисперсного диоксида кремния со средним размером 7 нм марки Аэросил 380 дополнительно снижается взаимодействие между дисперсными компонентами реологической добавки, а модификация поверхности дисперсных компонентов в среде органического растворителя обеспечивает равномерное формирование на их поверхности гидрофобных групп.
Использование заявленного состава реологической добавки по сравнению с прототипом позволяет получать более высокотекучие огнетушащие порошковые составы на основе различных химических соединений, применяемых, в том числе в автоматических системах пожаротушения, где необходимо обеспечить минимальное время срабатывания и мгновенный выброс порошкового состава.
При сравнении огнетушащих порошковых составов на основе аммоний фосфата, удельная энергия течения состава, содержащего реологическую добавку по формуле изобретения со сферическим диоксидом кремния снижается на 22,5% по сравнению с составом, содержащим гидрофобизированную белую сажу в качестве реологической добавки. За счет гидрофобизации исходных дисперсных компонентов реологической добавки способность к водоотталкиванию готового огнетушащего состава сохраняется более 300 мин. Для проведения испытаний готовые реологические добавки вводили в огнетушащий порошковый состав на основе двухфракционного фосфата аммония с размерами частиц 200-315 мкм (I) и 0-50 мкм (II), где средний размер частиц составил 280 мкм и 15 мкм соответственно. Массовое соотношение фракций составляло I/II=1,5, соотношение аммоний фосфата и реологической добавки 95/5 мас. %. Смешение двух компонентов осуществлялось в барабанном смесителе в течение 1 часа.
Измерения проводились с помощью порошкового реометра Freeman Technology FT4 (Англия). Результаты экспериментов приведены в таблице.
Также за счет меньшей склонности к агломерации компонентов реологической добавки обеспечивается равномерное распределение частиц по поверхности огнетушащего состава. На фиг. 2 представлена фотография распределения сферических частиц диоксида кремния по поверхности аммоний-фосфата.
Предлагаемый состав реологической добавки может быть проиллюстрирован следующим примером изготовления:
1. Синтез сферических дисперсных частиц диоксида кремния:
2
5
4
3
2
2
5
2
5
4
Гетерогенный синтез монодисперсных компонентов диоксида кремния проводили реакцией гидролиза тетраэтоксисилана Si(OCH) в водно-спиртовой среде по методу Штобера. Основные компоненты синтеза диоксида кремния были взяты в следующих мольных соотношениях: 1NH:20НО:11СНОН:0,14Si(OCH). Температура реакционной среды составляла 25°С. На первом этапе готовили водный раствор этилового спирта заданной концентрации. Далее осуществляли насыщение полученного раствора аммиаком. Объем раствора, используемого в экспериментах, составлял 200 мл. Смешение реакционной смеси проводили при помощи магнитной мешалки и постепенно в реакционную смесь добавляли тетраэтоксисилан. Диаметр частиц измеряли с помощью сканирующего электронного микроскопа HITACHI S-4700.
2. Гидрофобизация и смешение компонентов:
- дисперсные компоненты оксида кремния размером 200 нм и 7 нм предварительно высушивались при 150°С в течение 30 минут.
- готовили раствор гидрофобизатора (полиметилгидросилоксана) в гексане. Количество гидрофобизатора рассчитывалось от массы дисперсного компонента в количестве 5 мас. %. Количество органического растворителя в растворе составляло 200 мас. % от массы обрабатываемых дисперсных компонентов;
- в раствор при постоянном перемешивании постепенно добавляли дисперсный оксид кремния. Процесс смешения компонентов производили в течение 5 минут для равномерного распределения гидрофобизатора по поверхности частиц;
- процесс взаимодействия молекул гидрофобизатора с поверхностью и формирование гидрофобных групп на поверхности дисперсных компонентов происходил в процессе удаления растворителя при нагревании. Пары растворителя улавливались с помощью обратного холодильника, и растворитель использовался повторно.
- сушка дисперсных компонентов осуществлялась в воздушном термостате при температуре 150°С в течение 30 минут. В результате обработки поверхность частиц приобретала устойчивые гидрофобные свойства.
- смешение компонентов двух фракций 200 нм и 7 нм производили в ножевой мельнице в течение 10 минут при соотношении компонентов 80/20 мас. %.