ОГНЕТУШАЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ, ОБРАЗУЮЩАЯ ОГНЕТУШАЩЕЕ ВЕЩЕСТВО ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ РАЗЛОЖЕНИИ
FIRE-EXTINGUISHING COMPOSITION FORMING FIRE-EXTINGUISHING AGENT AT HIGH TEMPERATURE DECOMPOSITION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее 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 при высокотемпературном разложении.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
После того как в рамках Монреальского Протокола, подписанного в Канаде в 1987 году, каждой стране были предложены особые требования по замене огнетушащего агента хладон (Halon), во все странах мира начались исследования новых технологий пожаротушения; было предпринято много попыток, чтобы найти технологию пожаротушения, которая имеет высокую эффективность пожаротушения без загрязнения окружающей среды.
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 системой пожаротушения с 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, несомненно, представляет опасность для человека. Порошковая система пожаротушения осуществляет пожаротушение с помощью способа, в котором распыленный порошок приводят в контакт с пламенем под действием силы сжатого газа, обеспечивая физический и химический ингибирующий эффект; водораспыляющая система пожаротушения выполняет задачу по контролю огня, ингибируя и туша его в результате тройного действия: охлаждения, прекращения доступа кислорода и изолирования теплового излучения с помощью водяного тумана.
Однако эти системы пожаротушения должны храниться под высоким давлением, что не только требует большого объема, но также приводит к возникновению 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.
3
3
2
3
В последние годы были проведены исследования огнетушащих веществ, которые могут заменить хладон, причем проектная группа технологии пожаротушения нового поколения (NGP) исследовательского центра пожаротушения в зданиях (Building and Fire Research Centre) Национального Института Стандартов и Технологий США (U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST)) выполнила большое число экспериментальных исследований по нахождению новых огнетушащих веществ. Способ включает нагревание азота, диоксида углерода и газообразного CFH, а затем использование нагретого до высокой температуры газа для нагревания испытуемых веществ; затем испытуемые вещества разлагаются при высокой температуре и воздействуют на пламя вместе с газом. С помощью экспериментов было обнаружено, что продукты, образующиеся при нагревании и разложении некоторых испытуемых веществ, могут явно повышать огнетушащий эффект азота, диоксида углерода и газообразного CFH (Halon Options Technical Working Conference, April 2001, Albuquerque, NM, Suppression of cup-burner diffusion flames by super-effective chemical Inhibitors and inert compounds; Combustion and Flame 129:221-238(2002) Inhibition of Premixed Methane Flame by Manganese and Tin Compounds, Halon Options Technical Working Conference, May 2000, flame inhibition by ferrocene, alone and with CO and CFH).
Однако исследования проектной группы остановились после теоретического лабораторного исследования без практического применения результатов исследований в огнетушителях.
Существующий аэрозольный огнетушащий агент включает в основном огнетушащие агенты типа S и типа K; в результате всестороннего анализа его рабочих характеристик были обнаружены следующие главные недостатки: во всех аэрозольных огнетушащих агентах используют огнетушащие агенты, чтобы вызвать окислительно-восстановительную реакцию, в результате которой выделяется большое количество газа и активных частиц, и в итоге задачи пожаротушения достигают благодаря сочетанию химического и физического методов - с помощью обрыва цепной реакции активными частицами и с помощью прекращения доступа кислорода к огню большим количеством газа. Аэрозольный огнетушащий агент может выделять большое количество тепла при высвобождении аэрозоля в ходе реакции горения; чтобы эффективно снизить температуру устройства и аэрозоля и чтобы избежать вторичного воспламенения, необходимо добавлять систему охлаждения, которая усложняет и утяжеляет конструкцию устройства, усложняет технологический процесс и повышает стоимость: из-за присутствия системы охлаждения большое количество активных частиц дезактивируется, и эффективность огнетушения существенно уменьшается.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В свете текущего положения существующих огнетушащих устройств и, в частности, присущих дефектов аэрозольных огнетушащих систем, задача настоящего изобретения состоит в создании огнетушащей композиции, которая не требует давления при хранении и которая является более безопасной, менее вредной для окружающей среды и более эффективной.
Огнетушащая композиция по настоящему изобретению, а именно огнетушащая композиция, образующая огнетушащее вещество при высокотемпературном разложении, включает огнетушащий материал, способный образовывать огнетушащее вещество при высокотемпературном разложении, причем его содержание составляет более 80% масс.
Помимо огнетушащего материала, который используют в качестве основного огнетушащего материала и который может образовывать огнетушащее вещество при высокотемпературном разложении, к огнетушащей композиции по настоящему изобретению также можно, соответственно, добавлять различные добавки, которые обычно используют в области пожаротушения.
Огнетушащая композиция по настоящему изобретению, образующая огнетушащее вещество при высокотемпературном разложении, может одновременно достигать следующих эффектов: во-первых, огнетушащая композиция, способная образовывать огнетушащее вещество посредством высокотемпературного разложения, может разлагаться, выделяя огнетушащее вещество в момент нагрева, осуществляя задачу пожаротушения с помощью применения физического или химического ингибирующего эффекта или физического и химического синергического ингибирующего эффекта огнетушащих веществ; во-вторых, благодаря ингибирующему эффекту продуктов разложения дополнительно повышается огнетушащая эффективность огнетушащего агента, при этом снижается возможность последующего горения источника огня; в-третьих, огнетушащая композиция может быстро поглощать тепло при разложении при высокотемпературном нагреве, таким образом, эффективно и быстро уменьшая количество теплоты, выделяемой при горении пиротехнического агента, что существенно уменьшает температуру сопла огнетушащего устройства и распыляемых веществ, таким образом, больше нет необходимости в сложной системе охлаждения огнетушащего устройства, и риски образования вторичного огня исключаются; в-четвертых, огнетушащая композиция легко поддается обработке и формованию, и она может быть использована независимо или совместно с физическим хладагентом; в-пятых, огнетушащая композиция имеет стабильные рабочие характеристики и может легко храниться в течение долгого периода времени: в-шестых, огнетушащая композиция обладает малой токсичностью или совсем не токсична, безвредна для окружающей среды и имеет отличные рабочие характеристики.
Огнетушащая композиция по настоящему изобретению, образующая огнетушащее вещество при высокотемпературном разложении, подробно описана ниже.
Огнетушащая композиция по настоящему изобретению включает огнетушащий материал, образующий огнетушащее вещество при высокотемпературном разложении, причем содержание огнетушащего материала составляет более 80% масс.
Механизм ингибирования пламени огнетушащей композицией, образующей огнетушащее вещество при высокотемпературном разложении, является следующим.
Огнетушащая композиция может разлагаться, выделяя огнетушащее вещество при высокой температуре; огнетушащее вещество может вступать в реакции с одним или более из следующих свободных радикалов: O, OH, H, которые необходимы для цепной реакции горения посредством свободных радикалов, таким образом, обрывая цепную реакцию горения, а также может уменьшать парциальное давление кислорода с помощью физического эффекта, ингибируя пламя, или может одновременно вызывать физический и химический ингибирующий эффект, совместно реализуя огнетушащий эффект: в то же время может возникать синергическое взаимодействие с пиротехническим агентом, которое дополнительно повышает огнетушащую эффективность огнетушащего агента, что существенно уменьшает эффективное время пожаротушения.
Для обеспечения стабильных рабочих характеристик огнетушащей композиции при нормальной температуре и удобного длительного срока хранения температура плавления огнетушащей композиции, образующей огнетушащие вещества при высокотемпературном разложении, предпочтительно составляет более 100°C, и огнетушащая композиция может включать: бромсодержащий огнетушащий материал: тетрабромбисфенол A, простой эфир тетрабромбисфенола A, 1,2-бис(трибромфенокси)этан, N,N-этилен-бис(тетрабромфталимид), диметиловый эфир 4-бромфталевой кислоты, динатриевая соль тетрабромфталевой кислоты, декабромдифениловый эфир, 1,4-бис(пентабромфенокси)тетрабромбензол (т.е. DBDPOB), 1,2-бис(пентабромфенил)этан, бромтриметилфенилиндан, пентабромбенэилакрилат (т.е. BTMPI), гексабромбензол, пентабромтолуол, гексабромциклододекан, N,N'-1,2-этилен-бис(5,6-дибромнорборнан-2,3-дикарбоксимид) (т.е. DEDBFA), пентабромхлорциклогексан, бромированный сополимер стирола, олигомер карбоната тетрабромбисфенола A, поли(пентабромбензилакрилат) (т.е. РРВВА), поли(дибромфениленовый эфир); хлорсодержащий огнетушащий материал: дехлоран плюс, хлорэндиковый ангидрид, перхлорпентациклодекан, тетрахлорбисфенол A, хлорированный полипропилен, хлорированный поливинилхлорид, сополимер винилхлорид-винилиденхлорид, хлорированный полиэфир: фосфорорганический огнетушащий материал: 1-оксо-4-гидроксиметил-2,6,7-триокса-1-фосфабицикло[2,2,2]-октан, 2,2-диметил-1,3-пропандиил-ди(неопентилгликолято)бисфосфат, 9,10-дигидро-9-окса-10-фосфафенантрен-10-оксид, бис(4-карбоксифенил)фенилфосфиноксид, бис(4-гидроксифенил)-фенилфосфиноксид, олигомер фенилфосфатдифенилсульфонового эфира; фосфоргалогенсодержащий огнетушащий материал: три(2,2-ди(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-диметил-1,3-пропандиил-ди(неопентилгликолято)бисфосфат, 2,9-ди(трибромнеопентилокси)-2,4,8,10-тетраокса-3,9-дифосфаспиро[5,5]-3,9-диоксидундекан; азотсодержащий и фосфоразотсодержащий огнетушащий материал: меламинцианурат, меламинортофосфат, димеламинортофосфат, меламинполифосфат, меламинборат, меламиноктамолибдат, три-гидроксиэтилизоцианурат, 2,4-диамино-6-(3,3,3-трихлорпропил)-1,3,5-триазин, 2,4-ди(N-гидроксиметиламино)-6-(3,3,3-трихлорпропил)-1,3,5-триазин, двухосновный фосфат гуанидина, дигидрофосфат гуанидина, карбонат гуанидина, сульфамат гуанидина, мочевина, 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-ди(2-окси-5,5-диметил-1,3-диокса-2-фосфоргетероциклогексил-2-амино)этан, N,N'-ди(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, тример фосфонитрилхлорида; неорганический огнетушащий материал: 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, ферроцен, ацетоновый комплекс железа (III) (ferric acetone), оксид железа (III), оксид железа (II, III), вольфрамат натрия, гексафтортитанат калия, гексафторцирконат калия, диоксид титана, карбонат кальция, сульфат бария.
2
2
2
2
2
Другими химическими веществами, которые имеют температуру разложения более 100°C и могут входить в состав композиции, выделяя огнетушащие вещества, являются: бикарбонат натрия, бикарбонат калия, карбонат кобальта, карбонат цинка, основной карбонат цинка, карбонат марганца, карбонат железа (II), карбонат стронция, гексагидрат карбоната натрия-калия, 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 натрия, нитрат магния, нитрат калия, 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, фосфатная соль меламина, фосфат мочевины, гидрофосфат стронция, метаборат калия, борная кислота, пентаборат аммония, тетраборат калия·8НО, метаборат магния·6HO, тетраборат аммония·4HO, метаборат стронция, тетраборат стронция, тетраборат стронция·4HO, тетраборат натрия·10HO, 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, теллуровая кислота, вольфрамат марганца, манганит, кобальтоцен, 5-аминотетразол, нитрат гуанидина, азодикарбонамид, нейлоновый порошок, оксамид, биурет, пентаэритрит, декабромдифениловый эфир, тетрабромфталевый ангидрид, дибромнеопентилгликоль, цитрат калия, цитрат натрия, цитрат марганца, цитрат магния, цитрат меди, цитрат аммония, нитрогуанидин.
К огнетушащей композиции по настоящему изобретению при необходимости также можно добавлять различные добавки, такие как стеарат, графит, многокомпонентный раствор водорастворимого полимера, или их смесь, причем содержание добавки меньше или равно 20% масс.
Огнетушащая композиция по настоящему изобретению включает следующие компоненты, а их содержания предпочтительно составляют:
огнетушащий материал: от 80% масс. до 90% масс.,
добавка: от 10% масс. до 20% масс.
Огнетушащую композицию по настоящему изобретению можно формовать в виде гранул сферической формы, а также в виде хлопьев, полосок, блоков и ячеек, с применением способов гранулирования, прессования в формах, экструзии и т.п., и ее можно подвергнуть обработке для создания покрытия на поверхности. Предпочтительно добавляют гидроксиметилцеллюлозу или гидроксиэтилцеллюлозу в качестве покрывающего поверхность агента при обработке для создания покрытия на поверхности. Покрывающий поверхность агент может улучшить качество поверхности композиционной системы, повысить интенсивность, стойкость к истиранию, сопротивление удару и предотвратить несчастные случаи при распылении огнетушащей композиции, при выпадении осадка и при выливании из огнетушащего устройства при транспортировке.
Огнетушащая композиция по настоящему изобретению описана ниже более подробно с помощью воплощений изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВОПЛОЩЕНИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ
3
Добавляют соответственно 30 г огнетушащей композиции, приготовленной из огнетушащего материала и добавок, описанных в приведенной ниже таблице, в огнетушащее устройство, которое уже заполнено 20 г термоаэрозольного агента типа К (учебник ″Fire Extinguishing Technology Using Aerosol″ (Технология пожаротушения с использованием аэрозоля), Ed.Hongbao Guo, Chemical Industry Press, c. 80 (строка 3 - до конца страницы)), и, соответственно, выполняют огнетушащие испытания на распространение огня в испытательном боксе объемом 1,0 м; соответственно, испытания проводят 3 раза для каждой группы образцов, записывая огнетушащее количество и оставшееся количество; результаты испытаний приведены в таблице 1.
3
Сравнительные воплощения: выполняют огнетушащие испытания на распространение огня, используя образцы огнетушащего устройства, которые, соответственно, заполнены только 20 г обычного коммерческого аэрозольного огнетушащего агента типа S (журнал ″Fire Technique and Products Information″ 30.04.2008 (9 снизу), и журнал ″Friend of Science Amateurs″, 31.05.2010 (левая колонка, строка 5 - до конца)) или аэрозольного огнетушащего агента типа К, в том же самом испытательном боксе объемом 1,0 м; соответственно, испытания проводят 3 раза для каждой группы образцов, записывая огнетушащее количество и оставшееся количество; экспериментальные результаты испытаний приведены в таблице 1.
3
Огнетушащая характеристика в приведенной выше таблице представляет собой наименьшее из огнетушащих чисел в трех проведенных испытаниях, оставшееся количество представляет собой среднее оставшееся количество в трех экспериментах: из результатов испытаний в приведенной выше таблице можно видеть, что огнетушащие характеристики всех огнетушащих композиций из воплощений 1-9 по настоящему изобретению превосходят сравнительные воплощения 1 и 2 при проведении огнетушащего испытания на распространение огня в испытательном боксе объемом 1,0 м и все оставшиеся количества меньше, чем в сравнительных воплощениях 1 и 2.
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 стальных испытательных емкостей помещают в испытательный бокс: четыре топливных емкости, соответственно, 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, а на дне емкости используют чистую воду в качестве подстилающего слоя.
Приведенные выше подробные воплощения являются только примерами: в соответствии с приведенным выше описанием настоящего изобретения специалист в данной области может предложить различные усовершенствования и изменения на основе приведенных выше воплощений; все такие усовершенствования и изменения попадают в объем защиты настоящего изобретения. Специалисту в данной области следует знать, что приведенное выше подробное описание использовано только для объяснения задач настоящего изобретения, не ограничивая настоящее изобретение.