DE19519534A1 - Schaumerzeugendes Konzentrat für Feuerlöschzwecke - Google Patents

Schaumerzeugendes Konzentrat für Feuerlöschzwecke

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DE19519534A1
DE19519534A1 DE1995119534 DE19519534A DE19519534A1 DE 19519534 A1 DE19519534 A1 DE 19519534A1 DE 1995119534 DE1995119534 DE 1995119534 DE 19519534 A DE19519534 A DE 19519534A DE 19519534 A1 DE19519534 A1 DE 19519534A1
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62DCHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D1/00Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires
    • A62D1/0071Foams
    • A62D1/0085Foams containing perfluoroalkyl-terminated surfactant
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62DCHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D1/00Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires
    • A62D1/0071Foams
    • A62D1/0078Foams containing proteins or protein derivatives

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schaumerzeugendes Konzentrat. Schaum ist zur Brandbekämpfung unter Verwendung eines flüssigen Schaumlöschmittels auf Basis eines Schaumkonzentrates (im folgenden Schaummittel) ein unverzichtbares Löschmittel für Brände der Klassen A und B. Schaum setzt sich aus Wasser, dem Schaummittel und Luft zusammen.
In der Brandklasse B, die brennbare Flüssigkeiten (im folgenden Brennstoff) und brennbare nicht glutbildende Feststoffe beschreibt, hat Schaum eine besonders große Bedeutung, da es nicht möglich ist, solche Feuer mit Wasser zu löschen. Durch Wasser wird meist eine Ausdehnung des Brandes und eine erhebliche Volumenvergrößerung bewirkt. Schaum behält die positiven Eigenschaften des Wassers, wie die hohe Wärmekapazität, ohne daß die löschhemmenden Eigenschaften auf brennbaren Flüssigkeiten Wirkung zeigen. In erster Linie löscht Schaum, indem der Zutritt von Luft, also des Oxidationsmittels, zum Brand verhindert wird.
Heute werden verschiedene Typen von Schaummitteln unterschieden, die aus unterschiedlichen Inhaltsstoffen bestehen und 1 bis 6% dem Wasser zugemischt werden. Die Schaummittellösung wird je nach Verwendungszweck mit geeigneten Strahlrohren unter Bildung des Schaumes verschäumt.
Die größte Bedeutung haben heute weltweit filmbildende Schäume. Filmbildende Schäume sind wäßrige Lösungen, in denen geeignete Schaummittel entsprechend ihrer Bestimmungskonzentration (meist 3% oder 6%) enthalten sind. Die daraus erzeugten Schäume bilden beim Löschvorgang auf der Oberfläche des Brennstoffes einen beständigen Wasserfilm. Dieser sorgt für bedeutende Vorteile gegenüber nichtfilmbildenden Schäumen.
Die Schaummittel, durch deren Verdünnung und Verschäumung der Lösung filmbildende Schäume gewonnen werden, werden als
  • a) AFFF = Aqueous Film Forming Foam, deren Basis synthetisch hergestellte Tenside sind, und als
  • b) FFFP = Film Forming Fluoro Protein, deren Basis Proteinhydrolysat ist, bezeichnet. Proteinhydrolysat wird durch Hydrolyse bestimmter Proteinträger wie Horn, Hufen u.ä. gewonnen und durch Zusatz von Schaumstabilisierern und Konservierungsmitteln als Schaummittel gebrauchsfähig gemacht.
Die Verwendung geeigneter Fluortenside in den Formulierungen für Schaummittel des Typus a) oder b) ist verantwortlich für das Filmbildungspotential ihrer wäßrigen Lösungen. Thermodynamisch kann die Filmbildung bei niedriger Oberflächenspannung der wäßrigen Lösungen (OFlSp) und einer bestimmten Grenzflächenspannung zwischen dem Brennstoff für Meßzwecke meist Cyclohexan, und der Schaummittellösung (GrFlSp) vonstatten gehen. Die Beziehung, welche diese Voraussetzung beschreibt, ist die Definition des Spreitungskoeffizienten K.
Nach dem DIN-Entwurf DIN 14 272, Teil 3, müssen die durch Verdünnung von wasserfilmbildende Schaummitteln erzeugten Lösungen einen Spreitungskoeffizient größer 3 mN/m auf Cyclohexan bei 23±5°C (im folgenden: Raumtemperatur) aufweisen.
Es sind verschiedene Methoden normativ fixiert worden (DIN-Entwurf 14 272, Teil 3, US-Military Specification MIL-F-24385 B), mit denen geprüft werden kann, ob das Schaumlöschmittel bei Erfüllung obiger Gleichung auch tatsächlich einen Film auf dem Brennstoff bildet. Die im folgenden genannten, normativ nicht fixierte, aber vielfach angewandte Methode gestattet einzig eine exakte quantitative Beurteilung der Filmbildung. Dabei werden 20 Tropfen einer Schaummittellösung bei Raumtemperatur durch eine Bürette auf 25 ml Cyclohexan in einer Petrischale aufgegeben. Mit speziell eingestellten Lichtverhältnissen (schwarze Unterlage, Lampe vis-á-vis) kann die Ausbreitung des Filmes sehr gut mit bloßem Auge verfolgt werden. Durch einen Fackeltest (Nichtentflammbarkeit) kann bewiesen werden, daß es sich bei der sich ausbreitenden Fläche tatsächlich um eine wäßrige Lösung handelt. Diese Methode wird im folgenden als Filmbildungstest bezeichnet.
Durch die Filmbildung soll in praxi die Löschzeit bei Verwendung des Löschmittels Schaum verringert und dessen Rückbrandbeständigkeit erhöht werden.
Die beiden filmbildenden Schaummitteltypen haben jeweils charakteristische Nachteile:
  • a) AFFF-Schaummittel ergeben Schäume, die sich durch eine rasche Filmbildung auszeichnen. Bei Anwendung des Filmbildungstest wird die Oberfläche des Cyclohexans binnen weniger Sekunden mit einem beständigen Wasserfilm überzogen. Daraus resultieren hervorragende Löschzeiten und eine gute Rückbrandbeständigkeit. Da diese Schaummittel jedoch auf Basis synthetischer Tenside hergestellt sind, ist ihre biologische Abbaubarkeit und Umweltverträglichkeit und die ihrer wäßrigen Lösungen vergleichsweise unzeitgemäß.
  • b) FFFP-Schaummittel ergeben Schäume, die für gute Löschzeiten und hohe Rückbrandbeständigkeit sorgen. Ihre Umweltverträglichkeit ist recht zeitgemäß, da diese Schaummittel im wesentlichen aus Naturstoffen bestehen.
Allerdings zeigt die Anwendung des Filmbildungstests, daß die Filmbildung von FFFP- Schaummittellösungen wesentlich langsamer ist als diejeniger von AFFF-Lösungen. Die Filmbildung von FFFP-Schaumlöschmittel ist somit verbesserungswürdig. Zeiten für eine vollständige Bedeckung der Cyclohexanoberfläche von über zwei Minuten wurden gefunden. Die Filmbildung charakteristischer FFFP-Schaumlöschmittel wurde im Europäischen Patent 0049958 beschrieben, ein Bezug auf die Geschwindigkeit der Filmbildung von FFFP-Schäumen ist nicht beschrieben.
Die erschwerte Filmbildung im Proteinsystem läßt sich mit der höheren kritischen Mizellbildungskonzentration erklären. Tensidlösungen erreichen ihr Minimum an Oberflächenspannung, wenn die dem Tensid zur Verfügung stehenden Oberflächenplätze vollständig belegt sind und die Tensidmoleküle in die bulk-Phase ausweichen, wo sie Mizellen meist sphärischer Symmetrie bilden. Mizellen in der Lösung sind Voraussetzung für gleichmäßig niedrige Oberflächenspannung der Lösung, welche Spreitung oder Benetzung ermöglicht.
In einer Lösung mit proteinmolekülen oder allgemein großen und helicesartigen Molekülen ist die Formation der Mizellen sowohl sterisch als auch vom Stofftransport her erschwert.
Fluorfreie Kohlenwasserstoffe (im folgenden: Kohlenwasserstofftenside) verbessern die Filmbildung derart, daß eine 100%-ige Filmbildung in wenigen Sekunden erreicht werden kann. Dies liegt daran, daß die Ausbildung einer Tensidschicht an der Grenzfläche Cyclohexan-Premixlösung aufgrund des unpolareren Alkylrestes präferentiell von Kohlenwasserstofftensiden verursacht wird. Dadurch wird die wichtige Grenzflächenspannung zwischen Löschmittel und Brennstoff bei Anwesenheit von Kohlenwasserstofftensiden erheblich reduziert, jedoch in einem so hohen Ausmaß, daß Konsequenzen auf die Löschleistung auftreten. Es ist bekannt, daß die Verwendung von fluorfreien Kohlenwasserstofftensiden in Formulierungen für FFFP-Schaummittel unerwünschte Konsequenzen nach sich zieht. Dies sind vor allem schlechte Schaumeigenschaften, wie schnelles Austrocknen des Schaumes (im folgenden: Drainage), niedrigere Rückbrandbeständigkeit und eine erhöhte Kontamination des Schaumes mit dem Brennstoff.
Auch die Umweltverträglichkeit von FFFP-Schaumlöschmitteln ist verbesserungswürdig. Die meisten Schaummittel diesen Typs enthalten 5-10% Glykolether, meist Hexylenglykol oder Butyldiglykol. Die schlechte biologische Abbaubarkeit von Glykolethern in Schaumlöschmitteln ist Gegenstand diverser Diskussionen, u. a. in gesetzlichen Bestrebungen in den USA.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein neuartiges FFFP-Schaumlöschmittel zu schaffen, mit einer besseren Filmbildung seiner wäßrigen Lösungen, die damit verbundenen Vorteile bezüglich Löschleistung und Schaumstabilität, und eine geringere Menge an Glykolethern in der Rezeptur.
Überraschenderweise wurde eine Formulierung für ein Schaumlöschmittel gefunden, welche die Nachteile bisheriger FFFP-Schaumlöschmittel unter Beibehalt der Vorteile ausräumt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Konzentrat mit folgender Zusammensetzung gelöst:
  • A) Proteinhydrolysat,
  • B) Alkylsulfonatlösung,
  • C) Fluortensidlösung,
  • D) Isopropylglykol,
  • E) Magnesiumchlorid.
In der erfindungsgemäßen Formulierung verbessert die genannte Alkylsulfonatlösung in Zusammenwirken mit einem für FFFP-Schaumlöschmittel an sich bekannten Fuortensid die Qualität wie folgt:
Die Filmbildung der erfindungsgemäßen Schaummittellösungen auf Basis der neuen Zusammensetzungen geht so schnell vonstatten, daß im Filmbildungstest binnen weniger Sekunden ein beständiger Film gebildet wird.
Die Grenzflächenspannungen der erfindungsgemäßen Schaummittellösungen sind mit 5 mN/m hoch genug, daß eine Kontamination des Schaumlöschmittels mit dem Brennstoff ausgeschlossen ist.
Die verwendeten Alkylsulfonate zählen zu Kohlenwasserstofftensiden, dennoch sind die Schaumeigenschaften und die Drainage des Schaumlöschmittels überraschenderweise nicht gemindert und entsprechen den Anforderungen des DIN-Entwurfs DIN 14272, Teil 1, für Fluorproteinschaumlöschmittel.
Die Menge an Glykolethern kann durch Verwendung des genannten Glykolethers deutlich reduziert werden.
Die Löschleistung des erfindungsgemäßen Schaumlöschmittels kann aufgrund sehr kurzer Löschzeiten und hoher Rückbrandbeständigkeit als führend bezeichnet werden.
Im folgenden werden Beispiele der Zusammensetzung des Konzentrats und des flüssigen Schaummittels aufgegeben.
Beispiel 1
Die wäßrige Schaummittellösung der Zusammensetzung
0.0567% C₆F₁₃-(CH₂)₂-SO₂-NH-(CH₂)₃-N⁺(CH₃)₂-CH₂-COO-
0.0714% C₂H₅OH (im folgenden Ethanol)
97.09727% Wasser
0.00054% (CH₃)₂-CH₂-OH (2-Propanol)
0.00081% Natriumsulfat Na₂SO₄
0.00308% CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-SO₃Na (n-Hexylsulfonat)
0.0072% CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-SO₃Na (n-Oktylsulfonat)
0.12% (CH₃)₂-CH-O-(CH₂)₂-OH (im folgenden Isopropylglykol)
0.135% Magnesiumchlorid Hexahydrat, 99% (MgCl₂ * 6 H₂O)
2.508% Proteinhydrolysat, hergestellt durch Aufschluß von Hornspänen mit Kalklauge, durch Erhitzen auf die Dichte 1.13 kg/l eingestellt,
ist hergestellt durch Verdünnen eines Schaummittels auf 3% in Wasser und wurde nach DIN 14 272 untersucht. Die Ergebnisse sind die folgenden:
Verschäumungszahl [l/kg]: 7.0
Wasserhalbzeit [min] 9
Oberflächenspannung [mN/m]: 17.0
Grenzflächenspannung [mN/m] 5.2
Löschleistung an 4 m² Wanne, 100 l Heptan auf 400 l Wasser, 60 s Vorbrennzeit:
90% Kontrolle [s] 25
Löschzeit [s]: 39
Rückbrandbeständigkeit: 10 Minuten nach Einsetzen des Rückbrandtopfes wurden keinerlei Anzeichen von Wiederentflammung beobachtet. Bei Versuchen, die Schaumdecke mechanisch zu zerstören, indem einzelne Löcher in der Schaumdecke erzeugt wurden, schob der Schaum diese Löcher zu. Dadurch wurde wieder eine intakte Schaumdecke hergestellt.
Die Filmbildung wurde im o.g. Filmbildungstest wiederholt getestet:
In 5 bis 20 Sekunden war die Oberfläche des Cyclohexans mit einem Wasserfilm überzogen. Die Flüssigkeit in der Petrischale konnte nicht von oben entzündet werden. Nach Durchlaufen des Temperaturwechseltestes nach DIN 14 272 zur Simulation eines Alterungsprozesses des Schaummittels war die Filmbildung ebenso rasch.
Werden die Alkylsulfonate bei gleichbleibender Zusammensetzung der übrigen Komponenten nicht in der Formulierung eingesetzt, so bei der Zusammensetzung
0.0567% C₆F₁₃-(CH₂)₂-SO₂-NH-(CH₂)₃-N⁺(CH₃)₂-CH₂-COO-
0.0714% C₂H₅OH (im folgenden Ethanol)
97.108% Wasser
0.12% (CH₃)₂-CH-O-(CH₂)₂-OH (im folgenden Isopropylglykol)
0.135% Magnesiumchlorid Hexahydrat, 99% (MgCl₂ * 6 H₂O)
2.508% Proteinhydrolysat, hergestellt durch Aufschluß von Hornspänen mit Kalklauge, durch Erhitzen auf die Dichte 1.13/kg/l eingestellt,
werden beim Filmbildungstest nur 30% der Cyclohexanfläche mit einem Film bedeckt, der nach einigen Minuten aufreißt.
Beispiel 2
Die wäßrige Schaummittellösung der Zusammensetzung
0.0567% C₆F₁₃-(CH₂)₂-SO₂-NH-(CH₂)₃-N⁺(CH₃)₂-CH₂-COO-
0.0357% C₂H₅OH (im folgenden Ethanol)
94.134% Wasser
0.0006% (CH₃)₂-CH₂-OH (2-Propanol)
0.0009% Natriumsulfat Na₂SO₄
0.00342 CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-SO₃Na
0.00798% CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-SO₃Na
0.12% (CH₃)₂-CH-O-(CH₂)₂-OH (im folgenden Isopropylglykol)
0.36% Magnesiumchlorid Hexahydrat, 99% (MgCl₂ * 6 H₂O)
5.28% Proteinhydrolysat, hergestellt durch Aufschluß von Hornspänen mit Kalklauge, durch Erhitzen auf die Dichte 1.11 kg/l eingestellt,
ist hergestellt durch Verdünnen eines Schaummittels auf 6% in Wasser und wurde nach DIN 14 272 untersucht. Die Ergebnisse sind die folgenden:
Verschäumungszahl [l/kg]: 8.0
Wasserhalbzeit [min]: 11
Oberflächenspannung [mN/m]: 17.0
Grenzflächenspannung [mN/m] 5.2
Löschleistung an 4 m²-Wanne, 100 l Heptan auf 400 l Wasser, 66 s Vorbrennzeit:
90% Kontrolle [s]: 27
Löschzeit [s]: 36.
Rückbrandbeständigkeit: 10 Minuten nach Einsetzen des Rückbrandtopfes wurden keinerlei Anzeichen von Wiederentflammung beobachtet. Bei Versuchen, die Schaumdecke mechanisch zu zerstören, indem einzelne Löcher in der Schaumdecke erzeugt wurden, schob der Schaum diese Löcher zu. Dadurch wurde wieder eine intakte Schaumdecke hergestellt.
Die Filmbildung wurde im o.g. Filmbildungstest wiederholt getestet:
In 5 bis 15 Sekunden war die Oberfläche des Cyclohexans mit einem Wasserfilm überzogen. Die Flüssigkeit in der Petrischale konnte nicht entzündet werden. Nach Durchlaufen des Temperaturwechseltestes nach DIN 14 272 zur Simulation eines Alterungsprozesses des Schaummittels war die Filmbildung ebenso rasch.
Beispiel 3
Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schaumlöschmittels werden den Eigenschaften führender Vertreter des AFFF- und FFFP-Typs gegenübergestellt. Das erfindungsgemäße Schaumlöschmittel verbindet die Vorteile der beiden Typen und vermeidet deren Nachteile.

Claims (6)

1. Schaumerzeugendes Konzentrat für Feuerlöschzwecke, bestehend aus den Komponenten:
  • A) Proteinhydrolysat
  • B) Alkylsulfonatlösung
  • C) Fluortensidlösung
  • D) Isopropylglykol
  • E) Magnesiumchlorid
2. Konzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten folgende Zusammensetzungen haben:
  • A) Proteinhydrolysat hergestellt durch Aufschluß von Hornspänen mit Kalklauge, durch Erhitzen auf die Dichte 1.11-1.13 kg/l eingestellt,
  • B) Alkysulfonatlösung mit
    57% Wasser (H₂O),
    2% 2-Propanol (CH₃)₂-CH₂-OH,
    3% Natriumsulfat Na₂SO₄
    11% n-Hexylsulfonat (CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-SO₃Na)
    27% n-Oktylsulfonat (CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-SO₃Na)
  • C) Fluortensidlösung mit
    27% Fluorhexylbetain
    C₆F₁₃-(CH₂)₂-SO₂-NH-(CH₂)₃-N⁺(CH₃)₂-CH₂-COO-
    34% Ethanol (C₂H₅OH),
    39% Wasser (H₂O)
  • D) Isopropylglykol ((CH₃)₂-CH-O-(CH₂)₂-OH), 99%ig
  • E) Magnesiumchlorid Hexahydrat (MgCl₂ * 6H₂O) 99%ig.
3. Konzentrat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
83,6 Gew.-% Proteinhydrolysat
 0,9 Gew.-% Alkylsulfonatlösung
 7,0 Gew.-% Fluortensidlösung
 4,0 Gew.-% Isopropylglykol
 4,5 Gew.-% Magnesiumchlorid
4. Verwendung des Konzentrats nach Anspruch 3, mit einem Proteinhydrolysat, hergestellt durch Aufschluß von Hornspänen mit Kalklauge, durch Erhitzen auf die Dichte 1.13 kg/l eingestellt, wobei 3,0 Gew.-% des Konzentrates mit 97,0 Gew.-% Löschwasser zu einem Löschmittel vereinigt werden.
5. Konzentrat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
88,0 Gew.-% Proteinhydrolysat
 0,5 Gew.-% Alkylsulfonatlösung
 3,5 Gew.-% Fluortensidlösung
 2,0 Gew.-% Isopropylglykol
 6,0 Gew.-% Magnesiumchlorid
6. Verwendung des Konzentrates nach Anspruch 5, mit einem Proteinhydrolysat, hergestellt durch Aufschluß von Hornspänen mit Kalklauge, durch Erhitzen auf die Dichte 1.11 kg/l eingestellt, 6.0 Gew.-% des Konzentrates mit 94.0 Gew.-% Löschwasser zu einem Löschmittel vereinigt werden.
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