Способ изготовления и состав растопочно-обогревающего средства
METHOD FOR MANUFACTURE AND COMPOSITION OF IGNITING AND HEATING MEANS

Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления растопочных средств, которые могут быть использованы для бытовых целей в качестве быстро разжигаемого топлива для жаровни, для разведения огня в печах, в полевых условиях для разведения костров, обогрева в палатках, а также как средство получения огня для подогрева пищи и кипячения воды.
Известна технология изготовления и растопочное средство по заявке Франции №2629835. Растопочное средство содержит твердый горючий наполнитель (горючее тело) и углеводородное связующее. В качестве твердого горючего наполнителя оно содержит древесные отходы длиной 10 мм и диаметром 1 мм. В качестве углеводородного связующего оно содержит гранулированный парафин с размером гранул 1 мм. Соотношение древесины к парафину составляет (60-50):(40-50)% по массе. При изготовлении компактных брикетов средства эту смесь подвергают холодному прессованию до уменьшения объема на 2/3 с последующим глянцеванием поверхности брикета нагреванием его при 100-150°С в течение 5 мин для увеличения прочности.
К недостаткам известной технологии и средства можно отнести сложность технологического процесса и наличие в составе веществ, при горении которых в воздухе образуются вредные для дыхания человека вещества и низкая теплоотдача.
Известно растопочное средство и технология его получения по патенту РФ на изобретение №2132362, МПК C10L 11/04, включающее твердый горючий наполнитель и парафин, при этом средство дополнительно содержит церезин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Твердый горючий наполнитель - 20-80
Парафин - 2-72
Церезин - 2-72
В качестве горючего наполнителя используют древесные опилки, торф, солому, бумагу, каменноугольную пыль и пластмассовую крошку. В расплавленное связующее - смесь парафина с церезином - вводят твердый наполнитель и перемешивают при температуре, обеспечивающей получение однородной массы. Затем массу охлаждают и подвергают холодному прессованию под давлением выше 7,0 МПа.
К недостаткам известной технологии и растопочного средства можно отнести образование вредных для человека дымов при сгорании наполнителей, что препятствует широкому использованию средства при временном обогреве жилых помещений, а также палаток и других строений в полевых условиях.
Известна более совершенная технология и растопочное устройство по патенту РФ на полезную модель №87164 - прототип, МПК C10L 7/02, C10L 11/04. Растопочное устройство предназначено для бытовых целей, содержит горючее тело и защитную оболочку, причем горючее тело представляет собой твердый раствор стеарина и этанола, в том числе с наполнителем, а защитная оболочка представляет из себя металлическую упаковку. Наполнитель выполнен из экологически чистых пористых или капиллярных горючих материалов в форме рыхлых брикетов. С целью придания дополнительных потребительских свойств, необходимых в полевых условиях, в горючее тело добавляют репелленты - вещества, отпугивающие вредных насекомых, птиц, млекопитающих. С целью улучшения потребительских характеристик в горючее тело добавлены эфирные масла растительного происхождения.
К недостаткам известного растопочного устройства можно отнести связанный с испарением этанола, малый срок его хранения, наличие вредных для здоровья человека веществ при сгорании горючего тела, а также недостаточная теплоотдача, связанная с низкой теплотворной способностью горючего тела, которая дополнительно снижается при испарении этанола из состава горючего тела.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности создание технологии обеспечивающей получение растопочного средства с повышенным сроком хранения и более высокой теплоотдачей и снижением вредных сгораемых в горючем теле веществ.
Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков, включающих приготовление составляющих горючего тела, их нагрев, смешивание, розлив и охлаждение с последующим затвердеванием и новых признаков, заключающихся в том, что первоначально в емкость для приготовления горючего тела растопочно-обогревающего средства заливают, мас. %: этанол 100% или смесь этанола 60-70% и изопропилового спирта 40-30%, которые нагревают до температуры 35-45°С, затем в емкость с этанолом или со смесью этанола и изопропилового спирта засыпают гранулированную стеариновую кислоту и при перемешивании и нагреве смеси до температуры, не превышающей температуру закипания этанола в 75-79°С, стеариновую кислоту растворяют, далее осуществляют омыливание и нейтрализацию смеси от примесей, для чего в емкость с разогретой смесью этанола и стеариновой кислоты или со смесью этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты добавляют заранее приготовленный раствор щелочи состава, мас. %: едкий натр 35-40, вода 60-56, триполифосфат натрия 3-5, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- стеариновая кислота
- 2,5-3,5
- раствор щелочи
- 6,0-8,0
- этанол, или смесь этанола и изопропилового спирта
- остальное,
затем полученную смесь в горячем состоянии разливают в подготовленные формы, охлаждают и получают на наружной поверхности затвердевшей смеси омыленную оболочку-пленку.
Розлив разогретой смеси осуществляют в готовую упаковку - в металлические или пластмассовые формы с крышкой.
Розлив разогретой смеси осуществляют в формы, а упаковку застывшей и принявшей форму смеси осуществляют в бумагу, картон или полиэтилен.
Новизной предложенного способа является заливка первоначально в емкость для приготовления горючего тела растопочно-обогревающего средства этанола или смеси этанола мас. % 60-70% и изопропилового спирта 40-30%, которые нагревают до температуры 35-45°С, затем в емкость с этанолом или со смесью этанола и изопропилового спирта засыпают гранулированную стеариновую кислоту и при перемешивании и нагреве смеси до температуры, не превышающей температуру закипания этанола в 75-79°С, стеариновую кислоту растворяют, далее осуществляют омыливание и нейтрализацию смеси от примесей, для чего в емкость с разогретой смесью этанола и стеариновой кислоты или со смесью этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты добавляют заранее приготовленный раствор щелочи состава, мас. %: едкий натр 35-40, вода 60-56, триполифосфат натрия 3-5, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- стеариновая кислота
- 2,5-3,5
- раствор щелочи
- 6,0-8,0
- этанол, или смесь этанола и изопропилового спирта
- остальное,
затем полученную смесь в горячем состоянии разливают в подготовленные формы, охлаждают и получают на наружной поверхности затвердевшей смеси омыленную оболочку-пленку.
Так, заливка в емкость для приготовления горючего тела растопочно-обогревающего средства смеси этанола и изопропилового спирта в указанных процентных соотношениях соответственно в 60-70% и 40-30% позволяет повысить теплотворную способность смеси - если теплоемкость этилового спирта 112,4 Дж/(моль-К), то изопропилового спирта 155.2 Дж/(моль-К) - соответственно и теплоотдача будет больше, а растворение при перемешивании и нагреве смеси от 35-45°С до температуры, не превышающей температуру закипания этанола в 75-79°С гранулированной стеариновой кислоты позволяет равномерно, избегая комкования, распределить и растворить стеариновую кислоту в объеме этанола и изопропилового спирта.
Осуществление омыливания и нейтрализации смеси от примесей путем добавления в емкость с разогретой смесью этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты раствора щелочи, состава, мас. %: едкий натр 35-40%, вода 60-56%, триполифосфат натрия 3-5% .позволяет создать на наружной ее поверхности прочную воздухонепроницаемую оболочку-пленку, препятствующую выходу испаряющихся этанола и изопропилового спирта. Именно наличие триполифосфата натрия в растворе щелочи позволяет нейтрализовать и «очистить» смесь от находящихся в ее составе солей и вредных примесей, предотвратить расслоение составляющих и обеспечить более качественное и эффективное прохождение дальнейших реакций, влияющих на процесс омыливания. Способность триполифосфата натрия эмульгировать позволяет создать более равномерное, качественное растопочно-обогревающее средство. При наличии в составе щелочи триполифосфата натрия меньше чем 3% не произойдет качественная реакция нейтрализации и «очистки» полученной смеси от вредных примесей, эффект от его наличия будет не достаточный и неочевидный. Триполифосфат натрия малогигроскопичен, но при поглощении воды образует гексагидраты, поэтому его применение в количестве более чем 5% тоже нецелесообразно, поскольку отрицательно влияет на качественные характеристики и излишне «сушит» полученную смесь. Именно наличие триполифосфата натрия в количестве 3-5% в растворе щелочи существенно улучшает качественные харктеристики растопочного средства, а при эксплуатации в конечном итоге снижается количество вредных сгораемых в горючем теле веществ.
Засыпка в емкость с подогретым этанолом или смесью этанола с изопропиловым спиртом гранулированной стеариновой кислоты и последующее ее перемешивание и растворение при нагреве смеси до температуры, не превышающей температуру закипания этанола 75-79°С, предотвращает комкование и обеспечивает хорошее равномерное растворение и распределение стеариновой кислоты в объеме этанола или этанола и изопропилового спирта, что благоприятно сказывается на эксплуатационных свойствах растопочного средства - хорошее воспламенение, стабильное и равномерное горение, достаточная высота пламени и создаваемой температуры.
Приготовление горючего тела с предварительно приготовленным раствором щелочи состава, мас. %: едкий натр 35-40%, вода 60-56%, триполифосфат натрия 3-5% при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- стеариновая кислота
- 2,5-3,5
- раствор щелочи
- 6,0-8,0
- этанол или смесь этанола и изопропилового спирта
- остальное,
позволяет получить растопочно-обогревающее средство с высокой теплоотдачей и теплотворной способностью горючего тела, нейтрализовать вредные примеси и уменьшить тем самым количество вредных сгораемых в горючем теле веществ, и получить дополнительную оболочку-пленку на наружной поверхности затвердевшего горючего тела, устойчивую к истиранию, которая препятствует испарению этанола и изопропилового спирта из горючего тела и способствует увеличению сроков хранения готовой продукции.
Признаки выполнения розлива разогретой смеси в готовую упаковку - в металлические или пластмассовые формы с крышкой, а также розлив разогретой смеси в формы, а упаковку застывшей и принявшей форму смеси осуществляют в бумагу, картон или полиэтилен - являются признаками дополнительными, раскрывающими конкретное выполнение основных признаков, и направлены на достижение поставленного изобретением технического результата.
Согласно проведенных патентно-информационных исследований, сочетания известных и новых признаков предполагаемого изобретения в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.
Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и не вытекает из него явным образом и позволяет получить более высокий и даже неожиданный технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно считать имеющими изобретательский уровень.
Описание осуществления предлагаемого способа при помощи устройства, в том числе на конкретном примере позволяет отнести его к промышленно выполнимым.
На фиг. 1 схематично представлено растопочно-обогревающего средство, залитое в металлическую емкость с крышкой в разрезе, при помощи которого осуществляется предлагаемый способ.
На фиг. 2 схематично показано растопочно-обогревающее средство в бумажной упаковке.
На фиг. 3 в увеличенном масштабе показана омыленная защитная оболочка-пленка на наружной поверхности затвердевшего горючего состава средства.
Предлагаемый способ изготовления растопочно-обогревающего средства поясняется графическими изображениями на которых растопочно-обогревающее средство 1 залито в металлическую емкость 2 с плотно закрывающейся крышкой 3. Емкость 2 может быть изготовлена как из металла, так и из пластмассы или картона. Упаковка затвердевшего растопочно-обогревающего средства 1 может быть выполнена из бумаги 4. На наружной поверхности растопочно-обогревающего средства 1 образована защитная оболочка-пленка 5, препятствующая испарению этанола и изопропилового спирта и позволяющая увеличить сроки хранения растопочно-обогревающего средства, изготовленного при помощи предлагаемого способа и состава. Горючее тело средства 1 представляет собой твердый раствор стеариновой кислоты, этанола, изопропилового спирта и щелочи.
Растопочно-обогревающее средство изготавливают следующим способом.
В емкость для приготовления средства заливают заданное весовое количество этанола или смеси этанола 60-70% и изопропилового спирта 40-30%. Затем этанол или смесь этанола и изопропилового спирта нагревают до температуры 35-45°С и засыпают в нее гранулированную стеариновую кислоту в количестве 2,5-3,5%, после чего полученную смесь продолжают нагревать до температуры 75-79°С не доводя смесь до кипения. При снижении количества стеариновый кислоты менее чем 2,5% уменьшается температура горения горючего тела и не достигается необходимая степень отвердения готового продукта. При увеличении количества стеариновой кислоты более 3,5% в составе смеси увеличится количество сгораемых вредных для здоровья человека примесей. При этом смесь этанола или этанола с изопропиловым спиртом со стеариновой кислотой периодически перемешивают для более полного растворения стеариновой кислоты в этаноле и изопропиловом спирте, предотвращения комкования и прохождения более полной и качественной химической реакции. После растворения стеариновой кислоты и разогрева смеси до температуры 75-79°С в смесь этанола со стеариновой кислотой или в смесь этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты добавляют раствор смеси щелочи - едкого натра мас. % 35-40%, воды 60-56%, триполифосфата натрия 3-5% - в количестве 6,0-8,0% и вновь смесь перемешивают. Добавление смеси щелочи с триполифосфатом в смесь стеариновой кислоты с этанолом и изопропиловым спиртом при температуре, близкой к закипанию смеси, позволяет наиболее эффективно осуществить омыливание смеси и нейтрализацию от примесей, которые вступают в реакцию с триполифосфатом и превращаются в негорючие вещества, при этом улучшается качество прохождения дальнейших реакций и при дальнейшем использовании сводится к минимуму выделение вредных примесей при горении растопочного средства. При этом, при более раннем добавлении смеси щелочи с триполифосфатом в смесь этанола и стеариновой кислоты, или этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты, как и при повышении температуры смеси более 79 градусов омыливание теряет свои технические характеристики и свойства. Если щелочи в составе будет меньше 6,0%, то резко снизится омыливание смеси. Увеличение количества щелочи в составе более 8,0% приводит к удорожанию конечного продукта и не влияет на качество омыливания смеси. Наличие триполифосфата натрия в количестве 3-5% в растворе щелочи улучшает качественные харктеристики растопочного средства, предотвращает расслоение составляющих. При наличии в составе щелочи триполифосфата натрия меньше чем 3% не произойдет качественная реакция нейтрализации и эффект от его наличия будет не достаточный и неочевидный. Триполифосфат натрия малогигроскопичен, но при поглощении воды образует гексагидраты, поэтому его применение в количестве более чем 5% тоже нецелесообразно, так как отрицательно влияет на качественные характеристики и излишне «сушит» полученную смесь.
В жидком горячем состоянии готовую смесь стеариновой кислоты, этанола, изопропилового спирта и щелочи разливают в приготовленные заранее металлические или бумажные или пластиковые формы, которые после наполнения плотно закрывают и упаковывают в тару.
После охлаждения и затвердевания смеси на наружной поверхности горючего тела растопочно-нагревательного средства образуется защитная оболочка-пленка из омыленной при помощи щелочи с триполифосфатом смеси этанола, изопропилового спирта со стеариновой кислотой, а сама затвердевшая смесь горючего тела со сниженным количеством вредных при сгорании веществ. Упаковку средства осуществляют либо в металлическую тару с крышками, либо в бумагу, либо в картон или в полиэтилен.
Перед использованием, например для обогрева палатки, упаковку растопочного средства вскрывают (на металлической емкости снимают крышку), устанавливают на негорючую подставку и поджигают. Время горения растопочного средства, в зависимости от его объема, продолжается в течение 6,0-24,0 часов. Растопочное средство объемом в 300 мл горит в течение 6-8 часов плюс - минус 1 час в том числе при ветре и дожде.
Конкретный пример осуществления предлагаемого способа.
В емкость объемом в 250 л для приготовления средства залили 200 л этанола. В вариантном исполнении в емкость объемом 250 л залили 120 л этанола и 80 л изопропилового спирта. Затем смесь этанола с изопропиловым спиртом подогрели до температуры в 40°С и засыпали в него гранулированную стеариновую кислоту в количестве 6,0 л, после чего полученную смесь продолжали нагревать до температуры 77°С не доводя смесь до кипения. При этом смесь этанола и изопропилового спирта со стеариновой кислотой периодически перемешивали для более полного растворения стеариновой кислоты в этаноле, предотвращения комкования и прохождения более полной и качественной химической реакции. После растворения стеариновой кислоты и разогрева смеси до температуры 77°С в смесь добавили заранее приготовленный раствор щелочи состава, мас. %: едкий натр 35-40, вода 60-56, триполифосфат натрия 3-5, в количестве 12,0 л и вновь смесь перемешали. При этом процесс омыливания осуществлялся более эффективно, проходившая реакция примесей с триполифосфатом нейтрализовала - превращала примеси в негорючие вещества, обеспечивая более качественное прохождение реакций. При этом обеспечивая хорошее воспламенение, более качественное, равномерное и стабильное горение, достаточную высоту пламени и увеличение создаваемой температуры.
Затем в жидком состоянии смесь стеариновой кислоты, этанола изопропилового спирта и щелочи разлили в приготовленные заранее металлические и пластиковые формы, которые после наполнения и отверждения упаковывали в тару. После охлаждения и затвердевания смеси на наружной поверхности горючего тела растопочно-нагревательного средства образовалась защитная оболочка-пленка из омыленной при помощи щелочи смеси. Упаковку части готового средства осуществили в металлическую тару с крышками, а часть обернули плотной бумагой. Перед использованием, например для обогрева палатки, растопочное средство, обернутое в бумагу, вскрыли (на металлической емкости сняли крышку), установили на негорючую подставку и подожгли. Время горения растопочного средства объемом в 300 мл продолжалось в течение 6,0 - часов.
В настоящее время на предприятии на предлагаемое растопочное средство разработана техническая документация, изготовлена опытная партия средства и проведены испытания, показавшие положительные результаты.
Воздух в палатке с размерами 3×4 метра и средней высотой 1,8 метра при помощи одного растопочного средства объемом в 300 мл был нагрет до температуры в 21°С в течение 30-ти минут. Такая температура поддерживалась в течение 12,0 часов при наружной температуре воздуха в минус 9°С.