огнетушащий состав

Формула изобретения

Огнетушащий состав для твердых материалов, включающий смачиватель и воду, отличающийся тем, что в качестве смачивателя используют антипирен марки "ОСА-1", полученный путем взаимодействия карбамидоформальдегидного концентрата с аммиачной водой и карбамидом и последующей нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0, при этом массовое соотношение компонентов "ОСА-1": вода равно (1-8):100.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к огнетушащим составам и может быть использовано для тушения пожаров твердых горючих материалов, таких как древесина, полимеры, уголь, торф, ткани и других.

Считается общепризнанным, что при ликвидации загорания существенную роль играет смачиваемость поверхности твердых тел. Ее снижение в результате обугливания материалов ухудшает съем тепла жидким теплоносителем и приводит к резкому увеличению его расхода.

Указанный недостаток в отечественной и зарубежной пожарной технике преодолевают путем использования смачивателей, преимущественно неионогенного типа [Теребнев В.В.. Справочник руководителя тушения пожара. М.: Пожнаука. 2004. C.10].

Одним из распространенных их представителей является продукт ПО-6ТС марки (А.Б), вырабатываемый в России по ТУ №0258-147-05744685-98, который известен как пенообразователь общего назначения. Он содержит не менее 27 мас.% триэтаноламиновых солей алкилсульфатов и при его использовании в качестве смачивателя готовят водный раствор с концентрацией 2 мас.%.

К недостаткам данного пенообразователя относятся высокая стоимость и повышенный расход водного раствора при ликвидации пожара.

Наиболее близким по технической сущности является состав для тушения и профилактики пожаров, описанный в [SU №1296730 А1, кл. Е21F 5/00, А52D 1/00].

Он включает четвертичную аммонийную соль, ортофосфорную кислоту и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

четвертичная аммонийная соль	0,01-2,00
ортофосфорная кислота	0,001-30,00
вода	остальное

Данный состав обеспечивает хорошую смачиваемость твердых горючих материалов, однако его свойства зависят от концентрации в растворе ортофосфорной кислоты.

Технической задачей настоящего изобретения является оптимизация огнетушащего состава при одновременном сокращении его расхода и времени на пожаротушение.

Поставленная задача достигается тем, что огнетушащий состав для твердых материалов готовится растворением в воде антипирена марки «ОСА-1», выполняющим роль смачивателя.

Сущностью предлагаемого технического решения является огнетушащий состав для твердых материалов, включающий смачиватель и воду, причем в качестве смачивателя используют антипирен марки «ОСА-1», полученный путем взаимодействия карбамидоформальдегидного концентрата с аммиачной водой и карбамидом с последующей нейтрализацией реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,0, при этом массовое соотношение компонентов «ОСА-1»: вода равно (1-8):100.

Согласно ТУ №2499-024-00206492-06 антипирен «ОСА-1» предназначен для снижения горючести древесины на открытом воздухе и внутри помещений путем ее поверхностной обработки и характеризуется следующими показателями качества.

Показатель	Значение показателя
Внешний вид	Бесцветная прозрачная жидкость, допускается образование тонкой взвеси
Содержание формальдегида	отсутствие
рН	6,0-7,5
Плотность при 20°С, г/см3	1,15-1,25
Коэффициент рефракции, не менее	1,405
Температура замерзания, не выше, °С	минус 15
Расход для перевода древесины в 1-ую группу огнезащитной эффективности, г/м 2	350

Его синтез осуществляют по следующей методике.

В реактор объемом 5 м³, снабженный мешалкой рамного типа и рубашкой, загружают 1144 кг аммиачной воды концентрации 27,7 мас.% и при интенсивном перемешивании и охлаждении вводят 1000 кг карбамидоформальдегидного концентрата состава, мас.%:

общее содержание карбамида	22,3
общее содержание формальдегида	56,0
вода	остальное

Добавку карбамидоформальдегидного концентрата проводят с такой скоростью, чтобы температура смеси за счет экзотермической реакции не превышала 65°С. После ввода всего количества карбамидоформальдегидного концентрата содержимое реактора выдерживают при 60-65°С в течение часа и вводят 43 кг карбамида.

Реакционную смесь перемешивают при 55-60°С еще 30 минут до полного связывания остаточного формальдегида и приступают к охлаждению до 20-25°С, после чего нейтрализуют ортофосфорной кислотой до рН, равного 6,0-8,0.

Проведенными исследованиями установлено, что при смешении карбамидоформальдегидного концентрата с аммиаком образуется полиамин общей формулы

H₂[H ₆N₂C₂] _n+1NCON[C₂N₂ H₆]_m+1, где n=0,1 и m=0,1,

содержащий не прореагировавшие метилольные производные карбамида и продукты их циклизации триазинонового типа. Последующий ввод карбамида на завершающей стадии процесса приводит к связыванию формальдегида с частичной поликонденсацией метилольных групп. В ходе нейтрализации полиамина ортофосфорной кислотой в составе композиции появляются ди- и триаммонийфосфат и амидофосфат. В образовании последнего наряду с ортофосфорной кислотой участвуют вторичные и третичные аминные группы метилолмочевин с повышенной электронной плотностью у атомов азота.

Таким образом, в отличие от неионогенных ПАВ продукт «ОСА-1» не содержит алкильных углеводородных групп и является сложной смесью соединений различных классов. По указанной причине при его растворении в воде величина ее поверхностного натяжения остается практически неизменной. Это указывает на то, что огнезащитный состав «ОСА-1» не принадлежит к неионогенным ПАВ.

Для оценки эффективности огнетушащего раствора в лабораторных условиях был применен метод сравнительного анализа, заключающийся в следующем: в одинаковых условиях проведены тушения горящих штабелей из брусков сосны размером 10×10×100 мм. Штабели состояли из 10 перекрестно расположенных рядов по 5 брусков в каждом. В ходе эксперимента определяли время тушения и расход огнетушащего состава, подаваемого в виде струи на очаг пожара. В качестве прототипа, то есть известного смачивателя, взят ПО-6 ТС марки Б с концентрацией водного раствора 2 и 6 мас.%, соответственно. Расход огнетушащего состава был максимально приближен к реальным условиям эксплуатации пожарной техники.

Полученные данные приведены в таблице.

Из приведенных в ней примеров видно, что применение двух- и шестипроцентных водных растворов антипирена «ОСА-1» позволяет существенно снизить расход огнетушащего состава и сократить время тушения пожара по сравнению с чистой водой и растворами ПО-6 ТС с аналогичными концентрациями.

Этот результат можно объяснить следующим образом.

Ввод карбамида на стадии синтеза полиамина приводит не только к связыванию свободного формальдегида в метилолмочевины, но и формированию сложных надмолекулярных структур, склонных к карбонизации и вспучиванию при повышенной температуре за счет выделения низкомолекулярных соединений - воды, аммиака, углекислого газа, не поддерживающих процесс горения древесины. Интенсивное термическое разложение антипирена «ОСА-1» наблюдается уже при температурах свыше 110°С, что подтверждено термическим анализом обезвоженных образцов.

С другой стороны, установлено, что при контакте с нагретой поверхностью амидофосфат переходит в твердое состояние по механизму кислотной поликонденсации, замедляя тем самым скорость термоокислительного процесса. Этому способствует и концентрирование огнетушащего раствора в зоне горения.

Вполне очевидно, что реализация данных механизмов обусловливает высокий эффект применения водного раствора антипирена «ОСА-1» при тушении пожаров.

Сравнительная характеристика огнетушащих составов по предлагаемому способу
Пример	Расход на тушение, л/с	Время ликвидации пожара огнетушащими составами, cx)
		вода	р-р ПО- 6ТС	р-р «ОСА-1»xx)
1	0.0008	65	-/55	-/50
2	0.0009	63	-/50	-/45
3	0.002	31.5	18.0/-	12.4/-
4	0.003	28.0	17.5/-	11.5/-
5	0.004	24.0	16.2/-	10.2/-
6	0.010	16.0	13.3/-	7.6/-
х) В числителе приведены данные для концентрации 2 мас.%, в знаменателе - 6 мас.%.
хх) рН и плотность антипирена «ОСА-1» равны 6,8 и 1,18 г/см3 соответственно.