HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feuerlöschen auf
einer flüssigen Chlorsilanverbindung oder, insbesondere, ein
Verfahren zum Feuerlöschen auf einer Chlorsilanverbindung
durch Berieseln der Oberfläche mit einem inerten Pulver.
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Allgemein bekannt ist, daß Chlorsilanverbindungen, wie
beispielsweise Trichlorsilan, Dimethylchlorsilan und ähnliche
häufig verwendete chemische Ausgangsmaterialien in
verschiedenen modernen Industriezweigen, wie insbesondere bei der
Herstellung von Halbleitersilicium, von synthetischen Quarzen,
von Siliconpolymeren usw. sind und der Verbrauch dieser
Materialien in der Industrie sich Jahr für Jahr rapide
vergrößert. Ein sehr ernstes Problem in diesen Industriezweigen
ist die Brandgefahr von Chlorsilanverbindungen, welche im
allgemeinen leicht entzündliche Flüssigkeiten sind, aber da
Chlorsilanverbindungen generell sehr instabil in der
Atmosphäre sind, haben sie einen relativ niedrigen Flammpunkt.
Außerdem bilden brennende Chlorsilanverbindungen ein großes
Volumen an toxischen Gasen und das Feuer auf einer brennenden
Chlorsilanverbindung kann nur mit großen Schwierigkeiten
gelöscht werden.
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Verschiedenartige Feuerlöschmittel sind nach dem Stand der
Technik bereits zum Löschen von Feuer auf solchen
Chlorsilanverbindungen vorgeschlagen worden, doch wenige von ihnen waren
tatsächlich effektiv. Noch schlimmer, die Bestandteile aller
herkömmlichen Feuerlöschmittel in Pulverform können mit der
Chlorsilanverbindung reagieren und fördern die Bildung von
toxischen, leicht entflammbaren Gasen. So beschreibt z.B. die
EP-A 311 006 ein Verfahren zum Löschen von Chlorsilanfeuer
durch Berieseln mit einem spezifischen porösen inerten
pulverförmigen Material auf Siliciumdioxidbasis oder
Siliciumdioxid-Tonerdebasis, und nachfolgendem Aufsprühen
einer wässrigen Lösung von Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder
Kalziumchlorid. Feuerlöschmittel in gasförmiger oder flüssiger
Form wie Kohlendioxidgas und bestimmte hochhalogenierte
Kohlenwasserstoffverbindungen, sind auch nicht effektiv zum
Feuerlöschen von Chlorsilanverbindungen. Anstelle dieser
künstlich hergestellten Feuerlöschmittel können zu demselben
Zweck, jedoch ohne nennenswerten Feuerlöscheffekt,
Naturmaterialien, wie trockener Sand und Wasser benutzt werden. So
kann beispielsweise Feuer auf einer Chlorsilanverbindung nur
durch Darüberrieseln eines großen Sandvolumens gelöscht
werden. Wenn Natursand als solches benutzt wird, können im
Sand enthaltene Verunreinigungen möglicherweise mit der
Chlorsilanverbindung unter Bildung toxischer Gase reagieren. Die
Wirksamkeit von Wasser als Feuerlöschmittel für
Chlorsilanverbindungen ist relativ niedrig. Außerdem finden
unvorteilhafterweise zwischen Wasser und der Chlorsilanverbindung
heftige Reaktionen statt, bei denen toxische Gase wie
Chlorwasserstoff gebildet werden und die die Bildung von einer
großen Menge von gelartigen Materialien verursachen. Bestimmte
Chlorsilanverbindungen können bei der Reaktion mit Wasser
Wasserstoffgas bilden, welches wiederum in einer oxidierenden
Atmosphäre entflammbar oder explosiv ist und ein zweites
Gefahrenmoment darstellt.
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Demzufolge ist es ein dringendes technisches Problem in der
Industrie, ein effektives und sicheres Verfahren zum Löschen
von Feuer auf einer Chlorsilanverbindung, ohne die vorab
beschriebenen Nachteile und Probleme des Standes der Technik,
bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demzufolge wird durch die vorliegende Erfindung, die das
Ergebnis von umfangreichen Untersuchungen darstellt, die
durchgeführt wurden, um die oben beschriebenen Probleme zu
lösen, ein Verfahren zum Löschung von Feuer auf einer
brennbaren flüssigen Chlorsilanverbindung bereitgestellt, welches
die Schritte aufweist:
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- Rieseln eines aus porösen Partikeln zusammengsetzten inerten
Pulvers über die Oberfläche der brennenden
Chlorsilanverbindung, wobei die Menge des Pulvers, welche über die
Oberfläche der brennenden Chlorsilanverbindung gerieselt wird,
wenigstens 100 kg pro Kubikmeter dieser Chlorsilanverbindung
beträgt und,
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- Sprühen einer hochhalogenierten flüssigen
Kohlenwasserstoffverbindung über dieses inerte Pulver.
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Insbesondere sollten die Teilchen des inerten pulverförmigen
Materials, poröse siliciumhaltige Partikel, hauptsächlich
zusammengesetzt sein aus Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid
und -Aluminiumoxid, die eine Porosität im Bereich von 45 bis
85 % und einen Porendurchmesser im Bereich von 0,1 bis 100 um
und einen Teilchendurchmesser im Bereich von 5 um bis 5 mm
haben, wobei der Gehalt an Siliciumdioxid und der Gehalt an
Siliciumdioxid und Aluminiumoxid in den siliciumhaltigen
Teilchen mindestens 80 Gew.-% bzw. 90 Gew.-% beträgt.
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Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist
selbstverständlich in den meisten Fällen sehr wirksam, um Feuer auf
einer Chlorsilanverbindung zu löschen. Es gibt jedoch einige
Fälle, bei denen das oben beschriebene Verfahren zum schnellen
Löschen von Feuer auf bestimmten Arten von
Chlorsilanverbindungen unzureichend ist, insbesondere bei äußerst
heftigen Feuern. Erfindungsgemäß wird ebenfalls ein Verfahren
zum wirksamen Löschen von Feuer in einem solchen Fall
bereitgestellt, bei dem im Anschluß an das vorab erwähnte Berieseln
mit einem porösen inerten pulvrigen Material über das Feuer
eine hochhalogenierte flüssige Kohlenwasserstoffkomponente in
einer Menge von 10 oder mehr Vol.-%, bezogen auf die
Chlorsilanverbindung, über das Feuer gesprüht wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN.
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Zu der Chlorsilanverbindung, die gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Feuerlöschen eingesetzt werden, können
verschiedene Arten von Chlorsilanverbindungen zählen, die bei der
Herstellung von Halbleitersilicium, synthetischen Quarzen,
Siliconpolymeren und ähnlichen Verbindungen eingesetzt werden
und die der allgemeinen Formel
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RuSiHvClw,
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entsprechen,
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worin R eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe,
beispielsweise Alkylgruppen, wie Methyl- und Ethylgruppen,
Alkenylgruppen, wie Phenylgruppen, und Arylgruppen, wie Phenylgruppe,
bedeutet, wobei der Index u 0, 1, 2 oder 3, der Index v 0, 1,
2 oder 3 und der Index w 1, 2 oder 3 sind mit der Maßgabe, daß
u+v+w = 4. Typische Beispiele für Chlorsilanverbindungen sind
Trichlorsilan der Formel SiHCl&sub3;, Trimethylchlorsilan der
Formel (CH&sub3;)&sub3;SiCl, Methyldichlorsilan der Formel CH&sub3;SiHCl&sub2;,
Dimethyldichlorsilan der Formel (CH&sub3;)&sub2;SiCl&sub2;,
Methyltrichlorsilan der Formel CH&sub3;SiCl&sub3;, Phenyltrichlorsilan der Formel
C&sub6;H&sub5;SiCl&sub3; und Diphenyldichlorsilan der Formel (C&sub6;H&sub5;)&sub2;SiCl&sub2; und
ähnliche. Jede von diesen Chlorsilanverbindungen ist eine sehr
leicht entzündliche Flüssigkeit mit einem relativ niedrigen
Flammpunkt, und einmal brennend, kann dieses Feuer nur mit
großen Schwierigkeiten gelöscht werden. Insbesondere, wenn das
Feuer auf Trichlorsilan, Trimethylchlorsilan oder
Methyldichlorsilan brennt, ist das Löschen dieses Feuers extrem
schwierig. Beim Verbrennen dieser Chlorsilanverbindungen wird
unvermeidlich toxisches Chlorwasserstoffgas gebildet, in
einigen Fällen sogar toxischeres Chlorgas.
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Das feuerlöschende Material, welches über die brennende
Chlorsilanverbindung gerieselt wird, ist ein poröses inertes
pulverförmiges Material, welches insbesondere ein
siliciumhaltiges Pulver, welches aus wenigstens 80 Gew.-% Siliciumdioxid
(SiO&sub2;) oder mindestens 90 Gew.-% Siliciumdioxid und
Aluminiumoxid (SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3;) zusammengesetzt ist, besteht. Das
Pulver sollte so wenig wie möglich Verunreinigungen
beinhalten, welche die Ursache für die Formation von toxischen
Gasen bei ihrer Reaktion mit der Chlorsilanverbindung bilden,
und die Teilchen sollten eine Porosität im Bereich von 45 bis
85 % aufweisen. Verschiedene in der Natur vorkommende
Materialien entsprechen nach einer Behandlung mit einer Säure,
Trocknen, Calcinieren oder ähnlichen Vorbehandlungen, in
Abhängigkeit von der Art des in der Natur vorkommenden
Materials, diesen Anforderungen. Solch ein Naturprodukt enthält
mehr oder weniger unterschiedliche Verunreinigungen,
einschließlich Eisenoxid Fe&sub2;O&sub3;, Kalziumoxid CaO, Magnesiumoxid
MgO, Kaliumoxid K&sub2;O, Natriumsilicat xNa&sub2;O.ySiO&sub2; und ähnliche;
von diesen Verunreinigungen sind insbesondere die Alkali- und
Erdalkalioxide besonders unerwünscht, da diese
Verunreinigungen direkt mit der Chlorsilanverbindung reagieren
können und toxische Gase wie Chlorwasserstoff oder leicht
entzündliche Gase wie Wasserstoff bilden. Aufgrund der
Feuchtigkeit, die mehr oder weniger in den
Feuerlöschmaterialien enthalten ist und mit der
Chlorsilanverbindung unter Hydrolyse derselben reagiert,
sollten die Materialien getrocknet werden, um den
Feuchtigkeitsgehalt zu minimieren.
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Das siliciumhaltige pulverförmige Material sollte eine
Teilchengrößenverteilung im Bereich von 5 um bis 5 mm haben.
Sollte das Pulver einen wesentlichen Teil an Partikeln
aufweisen, die einen Teilchendurchmesser kleiner als 5 mm haben,
dann können solch feine Partikel ohne weiteres von den heftig
vom brennenden Chlorsilan aufsteigenden Flammen davongeblasen
werden, so daß der Gehalt an solch feinen Partikeln so klein
wie möglich sein sollte. Diese Anforderung an die
Partikelgrößenverteilung im erfindungsgemäßen Verfahren sollte
verglichen werden mit der in den konventionellen pulverförmigen
Feuerlöschmitteln, welche einen Teilchendurchmesser von nicht
mehr als 177 um, entsprechend dem Industriestandard und welche
einen tatsächlichen Teilchendurchmesser von in etwa 10 um als
günstigsten Fall haben. Wenn das poröse siliciumhaltige Pulver
als Füllung für einen Feuerlöscher verwendet wird und
insbesondere durch eine Düse ausgestoßen wird, sollte das Pulver
eine Teilchengrößenverteilung von insbesondere im Bereich von
5 bis 200 um haben.
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Wie oben ausgeführt, sollten die Teilchen des pulverförmigen
Materials porös sein. Vorzugsweise sollten die Teilchen einen
Porendurchmesser im Bereich von 0,1 bis 100 um und eine
Porosität im Bereich von 45 bis 85 % haben. Diese Anforderung
bedeutet, daß konventionelle poröse siliciumhaltige Materialien
wie z.B. Kieselgele und Siliciumdioxid-Aluminiumoxidgele nicht
geeignet für dieses erfindungsgemäße Verfahren sind, weil die
meisten der Poren in diesen Materialien einen Durchmesser von
kleiner als 0,1 um besitzen. Ist der Porendurchmesser zu
klein, was einen sehr großen wirksamen Oberflächenbereich zur
Folge hat, kann eine beträchtliche Menge an Adsorptionswärme
durch die Adsorption der Chlorsilanverbindung an der damit in
Kontakt befindlichen wirksamen Oberfläche der porösen Partikel
erzeugt werden, wodurch eine unerwünschte Steigerung der
Temperatur der Chlorsilanverbindung durch die Adsorptionswärme
hervorgerufen wird.
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Eines der geeigneten porösen siliciumhaltigen Materialien, auf
welches die oben beschriebenen Anforderungen zutreffen, ist
natürlicher amorpher Siliciumdioxidsand als eine Art von
Kieselsintern, welcher unter dem Handelsnamen Silton 3S
vertrieben wird, welcher vor seiner Benutzung calciniert und
veredelt werden sollte. Das typischerweise so erhaltene
pulverförmige siliciumhaltige Material beinhaltet 89,1 Gew.-%
Siliciumdioxid bei einer Porosität von 70 % mit einer
Reindichte von 2,3 g pro cm³. Wenn im Hinblick auf eine etwas
größere Reindichte ein poröses pulverförmiges Material auf
Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Basis gewünscht wird, wird das
oben genannte Silton 35 gleichmäßig zusammen mit Kaolin und
Wasser gemischt, die Mischung getrocknet, calciniert,
pulverisiert und abschließend unter Benutzung eines Siebes
entsprechend der Partikelgröße klassiert. Das so hergestellte poröse
pulverförmige Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Material enthält
typischerweise 68 Gew.-% Siliciumdioxid und 23 Gew.-%
Aluminiumoxid, wenn das Mischungsverhältnis von Silton 3S und
Kaolin, bezogen auf das Gewicht, 1:1 beträgt, und hat eine
Porosität von 80 % bei einer Reindichte von 2,5 g/cm³.
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Die Menge des verrieselten porösen siliciumhaltigen Pulvers
ist selbstverständlich wichtig, um wirksam das Feuer auf einer
Chlorsilanverbindung zu löschen. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann im allgemeinen durch Berieseln mit einer Pulvermenge
von mindestens 100 kg/m³ brennende Chlorsilanverbindung
wirksam angewendet werden.
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Kann durch Rieseln des oben beschriebenen porösen
siliciumhaltigen Pulvers über die brennende Chlorsilanverbindung das
Feier nicht vollständig gelöscht werden, was manchmal der Fall
ist, wenn Trichlorsilan, Methyldichlorsilan und ähnliche, bei
denen Wasserstoffatome direkt an Siliciumatome gebunden sind
und die einen relativ niedrigen Siedepunkt haben, entzündet
sind. In diesem Fall nähert sich die Umgebungstemperatur öfter
dem Siedepunkt der Chlorsilanverbindung. Zur Überwindung
dieser Schwierigkeiten sollte anschließend an das Rieseln des
porösen siliciumhaltigen Pulvers Wasser oder eine
hochhalogenierte flüssige Kohlenwasserstoffverbindung über die brennende
Chlorsilanverbindung gesprüht werden. Die hochhalogenierte
flüssige Kohlenwasserstoffverbindung wird durch die allgemeine
Formel
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CpHqXr, (II)
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dargestellt,
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worin X ein Halogenatom ist, welches ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus Fluor, Chlor und Brom, der Index p für 1
oder 2, der Index q für 0, 1 oder 2 und der Index r für 2p +
2-q steht. Typische Beispiele für solch hochhalogenierte
Kohlenwasserstoffverbindungen sind Monobrommonochlormethan,
Tetrachlorkohlenstoff und Dibromtetrafluorethan, gehandelt
unter den Handelsnamen Halon 1011, Halon 1040 bzw. Halon 2402,
von denen jeweils Monobrommonochlormethan bevorzugt im
erfindungsgemäßen Verfahren ist. Tetrafluordibromethan ist
weniger wirksam, weil es einen relativ niedrigen Siedepunkt
und eine latente Verdampfungswärme aufweist, die in etwa der
Hälfte der von Monochlormonobromethan oder
Tetrachlorkohlenstoff liegt. Tetrachlorkohlenstoff ist ein
traditionelles Feuerlöschmittel, welches wirksam ist für Brände von
verschiedensten brennbaren Materialien. Dieses Material kann
jedoch mit Wasser oder Dampf in der Flamme zu sehr toxischem
Phosgen COCl&sub2; reagieren, so daß es nach den Rechtsvorschriften
vieler Länder als generelles Feuerlöschmittel nicht zugelassen
ist. Ungeachtet dieses Problems kann sogar
Tetrachlorkohlenstoff im erfindungsgemäßen Verfahren als
Sprühflüssigkeit benutzt werden. Dies deshalb, weil im
erfindungsgemäßen Verfahren dem Sprühen von Tetrachlorkohlenstoff immer
das Rieseln von porösem siliciumhaltigen Pulver über die
brennende Chlorsilanverbindung zur Unterdrückung oder Kontrolle
der Flammen vorausgeht. Das Verfahren zum Sprühen von Wasser
oder der hochhalogenierten Kohlenwasserstoffflüssigkeit ist
nicht im einzelnen begrenzt, aber es ist wünschenswert, daß
die versprühte Flüssigkeit in so feinen wie möglichen
Tröpfchen und gleichförmig über die gesamte Fläche des gerieselten
porösen siliciumhaltigen Materials gesprüht wird. Die Menge an
versprühtem Wasser oder hochhalogenierter
Kohlenwasserstoffverbindung sollte wenigstens 10 Vol.-% der brennenden
Chlorsilanverbindung betragen.
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Es sollte dafür Sorge getragen werden, daß dem Sprühen der
hochhalogenierten Kohlenwasserstoffverbindung in jedem Fall
das Berieseln einer ausreichenden Menge von porösem
silicumhaltigem Pulver über die gesamte Oberfläche der brennenden
Chlorsilanverbindung vorausgehen muß, da anderweitig kein
feuerlöschender oder unterdrückender Effekt erreicht wird, da
ansonsten der Effekt eintritt, daß die Heftigkeit des Feuers
erhöht wird, gar nicht zu erwähnen die Bildung von toxischen
Gasen wie Phosgen, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff,
Fluorwasserstoff und ähnlichen.
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Entsprechend den theoretischen Überlegungen zum Mechanismus
des Feuerlöschens muß wenigstens eine der folgenden vier
Bedingungen erfüllt sein:
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(1) Entfernungseffekt, d.h. Entfernen des brennbaren Materials
weg von der brennenden Zone;
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(2) Erstickungseffekt, d.h. Abschirmen der brennenden
Oberfläche von der Sauerstoffzufuhr;
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(3) Kühleffekt, d.h. Unterdrücken des Verbrennens der
brennbaren Materialien durch Absorption der Verbrennungswärme und
Abkühlen des brennenden Materials unter die
Entzündungstemperatur der betreffenden Materialien; und
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(4) Unterdrückungseffekt, d.h. Verzögern der Reaktion des
brennbaren Materials mit Sauerstoff.
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In vielen Fällen kann die Wirksamkeit des Feuerlöschens durch
gleichzeitiges Erfüllen zweier oder mehrerer dieser
Bedingungen, im Vergleich zur Wirksamkeit, wenn nur eine dieser
Bedingungen erfüllt ist, synergistisch gesteigert werden.
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Wenn das poröse siliciumhaltige Pulver gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren über die brennende Chlorsilanverbindung
gerieselt wird, erfährt das Pulver absolut keine chemische
Veränderung, weil das Pulver bezüglich der Chlorsilanverbindung
keinerlei Reaktivität besitzt und selbst nicht brennbar und
thermisch stabil ist. Aufgrund der Porosität des Pulvers
absorbiert das gerieselte Pulver zuerst die Chlorsilanverbindung
als brennbares Material und zeigt den oben genannten
Entfernungseffekt. Weiterhin kann ein Erstickungseffekt erzielt
werden durch Rieseln des Pulvers in so ausreichend großem
Volumen, daß die offene Oberfläche der brennenden
Chlorsilanverbindung gänzlich damit bedeckt wird, um den Luftsauerstoff von
der Oberfläche abzuschirmen.
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Wie oben erwähnt, ist Rieseln des porösen siliciumhaltigen
Pulvers über die brennende Chlorsilanverbindung nicht immer
vollständig wirksam zum schnellen Löschen des Feuers,
insbesondere wenn ein Chlorsilan mit Wasserstoffatomen, die direkt
an das Silicumatom gebunden sind und welches einen relativ
niedrigen Siedepunkt besitzt, wie beispielsweise Trichlorsilan
und Methyldichlorsilan, bei einer relativ hohen
Umgebungstemperatur entzündet worden ist. Wenn Wasser oder eine
hochhalogenierte Kohlenwasserstoffverbindung, beide bei
Raumtemperatur, eine Flüssigkeit darstellen, über die Oberfläche
des porösen siliciumhaltigen Pulvers so gesprüht werden, daß
sie die Oberfläche der Chlorsilanverbindung bedecken, wird die
gesprühte Flüssigkeit von dem porösen Pulver absorbiert, um
den Erstickungseffekt zu steigern und die Oberfläche der
brennenden Chlorsilanverbindung mehr abzuschirmen, zusätzlich
wird die absorbierte Flüssigkeit dann durch die
Verbrennungwärme unter Absorbieren einer großen Mengen der latenten
Verdampfungswärme verdampft, so daß der Kühleffekt erreicht
ist und einen synergistischen Effekt mit dem Erstickungseffekt
zeigt, so daß auf diese Art das Feuer sehr schnell und
effektiv gelöscht wird. Die oben beschriebenen Mechanismen erklären
den unerwartet hohen Effekt des schnellen und endgültigen
Löschens des Feuers auf jeder brennenden Chlosilanverbindung
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gut, wozu auch das
Sprühen von Wasser oder einer hochhalogenierten flüssigen
Kohlenwasserstoffverbindung zählt.
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Zusammenfassend ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung
sehr wirksam zum Feuerlöschen auf schwer löschbaren
Chlorsilanverbindungen, wie Trichlorsilan, Methyldichlorsilan,
Trimethylchlorsilan und ähnlichen durch Berieseln mit dem
spezifischen porösen inerten Pulver über die Oberfläche der
brennenden Chlorsilanverbindung, wenn nötig, gefolgt vom Sprühen
einer Flüssigkeit, welche Wasser oder eine hochhalogenisierte
Kohlenwasserstoffverbindung sein kann. Die Vorteile, die
erreicht werden durch diese Feuerlöschmethode sind:
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(1) jedes starke Feuer auf schwer löschbaren
Chlorsilanverbindungen kann schnell und wirksam gelöscht werden;
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(2) die Feuerlöscharbeit kann mit einem minimalen Volumen an
toxischen Gasen, die sich bei der Reaktion der
Chlorsilanverbindung mit dem Feuerlöschmittel bilden, verrichtet werden;
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(3) keine sekundäre Gefährdung kann während und nach der
Feuerlöscharbeit auftreten;
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(4) die Kosten für das Feuerlöschmittel sind niedrig, weil das
poröse siliciumhaltige Pulver ein billiges Material ist und
kleine Mengen davon wirksam für diesen Zweck sind; und
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(5) die Verunreinigung der Umwelt ist bedeutungslos, weil das
Feuer durch bloßes Berieseln mit dem porösen siliciumhaltigen
Pulver über die Oberfläche gelöscht werden kann, gefolgt
-wenn notwendig- vom Sprühen von Wasser oder halogenierter
Kohlenwasserstoffflüssigkeit.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Löschen
von Feuer auf einer Chlorsilanverbindung anhand von
Beispielen, unter Vergleich mit konventionellen Verfahren, näher
beschrieben. Bei den folgenden Feuerlöschtests wurde das
Ergebnis jedes Tests für eine bestimmte Kombination einer
leicht entzündlichen Chlorsilanverbindung und des
Feuerlöschverfahrens mit vier Noten von A, B, C und D bewertet, wobei
die Note A einer sehr hohen Feuerlöschwirksamkeit entspricht,
D einer sehr niedrigen Feuerlöschwirksamkeit, die für diesen
Zweck zu vermeiden ist, und B und C einer Zwischenwirksamkeit
zwischen A und D entsprechen.
Beispiel 1
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Es wurde ein Feuerlöschtest unter Benutzung von Trichlorsilan
als brennende Flüssigkeit durchgeführt, welches ein
bekannterweise gefährliches Material mit großen Schwierigkeiten beim
Feuerlöschen ist.
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Es wurden 50 ml Trichlorsilan in ein Gefäß aus rostfreiem
Stahl mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Tiefe von 6 cm
gegeben und angezündet. Als die Flammen sich über die gesamte
Flüssigkeitsoberfläche ausgebreitet hatten, wurden 33 g eines
porösen siliciumhaltigen Pulvers darübergerieselt, so daß das
Feuer unmittelbar, ohne Entwicklung toxischer Gase oder weißem
Rauch, gelöscht werden konnte (Feuerlöschwirksamkeit A).
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Das poröse siliciumhaltige Pulver, welches hier benutzt wurde,
war Silton 3S nach Kalzination und Auslaugen mit Säure zur
Beseitigung alkalischer Materialien und anschließendem Waschen
mit Wasser und Trocknen, wobei der Teilchendurchmesser im
Bereich von 10 bis 500 um und der Porendurchmesser im Bereich
von 0,2 bis 10 um und die Porosität bei 70% lagen.
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Zum Vergleich wurden ähnliche Feuerlöschtests durchgeführt,
bei denen 33 g des porösen siliciumhaltigen Pulvers durch 1025
g trockenen Sand, 500 g Wasser oder 88 g eines konventionellen
Feuerlöschmittels bestehend aus 50 Gew.-%
Natriumhydrogencarbonat, 22 Gew.-% Aluminiumoxid und 15 Gew.-% Silicagel und
13 Gew.-% anderer Bestandteile ersetzt wurden. Diese
Vergleichsversuche zeigten, daß das Benutzen von trockenem
Sand nicht praktisch ausführbar war, da eine derart große
Menge Sand für das vollständige Löschen des Feuers notwendig
war (Feuerlöschwirksamkeit C), da beim Besprühen mit Wasser
ein großes Volumen an toxischen Gasen und weißem Rauch
gebildet wurde (Feuerlöschwirksamkeit D) und da konventionelle
Feuerlöschmittel unmittelbar unter Bildung eines großen
Volumens toxischen Gases weißen Rauches mit der
Chlorsilanverbindung reagieren, wobei die Menge die benötigt wurde zum
Feuerlöschen relativ klein im Vergleich zu trockenem Sand und
Wasser war (Feuerlöschwirksamkeit C).
Beispiel 2
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Ein Feuerlöschtest wurde durchgeführt, bei dem 500 ml
Trichlorsilan benutzt wurden, welches in einem Eisengefäß mit
einer Kapazität von 2500 ml gegeben wurde und welches einen
Durchmesser von 18 cm und eine Tiefe von 10 cm aufwies, bei
dem das Silan angezündet wurde und 30 Sec vor Beginn der
Feuerlöscharbeit brannte. Danach wurden 500 g des gleichen
gemäß Beispiel 1 benutzten porösen siliciumhaltigen Pulvers
über die Oberfläche des brennenden Silanes gerieselt, so daß
das Feuer unmittelbar ohne Entwicklung von weißem Rauch
gelöscht wurde (Feuerlöschwirksamtkeit A).
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Zum Vergleich wurden ähnliche Feuerlöschtests durchgeführt,
bei denen anstelle von 500 g des porösen siliciumhaltigen
Pulvers gemäß der Erfindung 4200 g trockener Sand, 3200 g
Wasser, 1500 g eines sogenannten BC-Feuerlöschmittels
hauptsächlich bestehend aus Natriumhydrogencarbonat oder 1500 g
eines Feuerlöschmittels, für Chlorsilan speziell hergestellt,
aus Natriumhydrogencarbonat, Aluminiumoxid und Siliciumoxidgel
zum Feuerlöschen auf die Chlorsilane gesprüht oder gerieselt
wurden. Die Ergebnisse waren folgende. Das Berieseln mit
trockenem Sand war sehr unwirksam und das Feuer konnte trotz
sehr großer Menge des gerieselten Sandes nicht gelöscht werden
(Feuerlöschwirksamkeit D). Das Sprühen von Wasser war wirksam
beim Feuerlöschen, aber ein großes Volumen an weißem Rauch,
welches vermutlich aus Siliciumdioxid und Chlorwasserstoff
bestand, wurde während der Periode vor und nach dem Löschen
des Feuers gebildet (Feuerlöschwirksamkeit C). Das
BC-Feuerlöschmittel war ebenfalls beim Unterdrücken der Heftigkeit des
Feuers in relativ kurzer Zeit wirksam, aber eine große Anzahl
von Blasen, bei denen es sich vermutlich um die in Gasform
überführte Silanverbindung handelte, die in der Flüssigkeit
aufstiegen, wurden beobachtet (Feuerlöschwirksamkeit C). Das
zuletzt genannte Feuerlöschmittel für Chlorsilan war ebenfalls
wirksam, um die Heftigkeit des Feuers in relativ kurzer Zeit
zu unterdrücken, aber dieses Feuerlöschmittel konnte nicht als
für die praktische Anwendung geeignet bewertet werden, da das
Restvolumen der Silanverbindung bis zum Sieden erhitzt wurde,
wobei gleichzeitig toxische Gase in hoher Konzentration
gebildet wurden (Feuerlöschwirksamkeit D).
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Die Ergebnisse der oben beschriebenen Vergleichstests zeigen,
daß, obwohl einige der konventionellen Verfahren effektiv beim
Feuerlöschen auf Chlorsilan sind, es ein ernstes allgemeines
Problem ist, diese konventionellen Feuerlöschmittel zu
benutzen, da ein großes Volumen an toxischen Gasen und weißem Rauch
zwangsläufig gebildet wird, im Verlauf des Rieselns des
Feuerlöschmittels und nicht zu erwähnen den Nachteil, daß die
Menge, die erforderlich ist für das vollständige Feuerlöschen,
sehr groß ist im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen porösen
siliciumhaltigen Pulver.
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Im Gegensatz dazu ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung
außerordentlich vorteilhaft, da nicht nur das Feuer auf der
Chlorsilanverbindung leicht und schnell gelöscht werden kann
durch das Berieseln mit einer kleinen Menge porösen
siliciumhaltigen Pulvers, sondern da auch nur ein sehr kleines Volumen
an toxischen Gasen im Verlauf des Berieselns gebildet wurde
und da absolut kein weißer Rauch nach dem Löschen des Feuers
gebildet wurde.
Beispiel 3
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Es wurden Feuerlöschtests mit vier Arten von Chlorsilanen,
ausschließlich Trimethylchlorsilan, Methyldichlorsilan,
Dimethyldichlorsilan und Methyltrichlorsilan durchgeführt. Das
experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie
im Beispiel 1, benutzt werden 50 ml von jeder der
Chlorsilanverbindungen und das selbe poröse siliciumhaltige Pulver. Zum
Vergleich wurden ähnliche Tests unter Verwendung von
trockenem Sand als Feuerlöschmittel vorgenommen; die Resultate
dieser Tests waren folgende:
Trimethylchlorsilan
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Das Feuer auf der Silanverbindung konnte durch Berieseln mit
150 g porösem siliciumhaltigen Pulver über die Silanverbindung
entsprechend der Erfindung, absolut ohne Bildung von toxischen
Gasen und ohne weißen Rauch gelöscht werden
(Feuerlöschwirksamkeit B), während 430 g trockener Sand zum Löschen des
Feuers erforderlich waren, nachdem die Flüssigkeit bis zum
Sieden erhitzt wurde, wobei sich sogar nach dem Löschen des
Feuers noch toxische Gase bildeten (Feuerlöschwirksamkeit C).
Methyldichlorsilan
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Das Feuer auf der Silanverbindung konnte durch Berieseln mit
150 g des porösen siliciumhaltigen Pulvers über die
Silanverbindung erfindungsgemäß, absolut ohne die Bildung von
toxischen Gasen und weißem Rauch gelöscht werden
(Feuerlöschwirksamkeit B), während Berieseln mit 500 g von
trockenem Sand unwirksam beim Feuerlöschen war
(Feuerlöschwirksamkeit D).
Dimethyldichlorsilan
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Das Feuer auf der Silanverbindung konnte ordnungsgemäß durch
Berieseln mit 75 g des porösen siliciumhaltigen Pulvers über
die Silanverbindung gemäß der Erfindung, völlig ohne Bildung
von toxischen Gasen und weißem Rauch nach dem Löschen des
Feuers, gelöscht werden (Feuerlöschwirksamkeit A). Das Feuer
konnte ebenso durch Berieseln mit 340 g trockenem Sand über
die Silanverbindung gelöscht werden. In diesem Fall wurde
jedoch die Silanflüssigkeit bis zum Sieden unter Entwicklung
eines großen Volumens an toxischen Gas erhitzt, welche sogar
nach dem Löschen des Feuers noch andauerte
(Feuerlöschwirksamkeit C).
Methyltrichlorsilan
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Das Feuer konnte leicht unter Berieseln mit nur 15 g des
porösen siliciumhaltigen Pulvers gelöscht werden, ohne daß
sogar nach dem Löschen des Feuers eine Gasentwicklung auftrat
(Feuerlöschwirksamkeit A). Das Feuer konnte ebenfalls durch
Berieseln mit 250 g trockenem Sand gelöscht werden
(Feuerlöschwirksamkeit B).
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Es ist aus den oben wiedergegebenen Ergebnissen der
Feuerlöschtests zu ersehen, daß das Verfahren der vorliegenden
Erfindung sehr wirksam zum Löschen von Feuer auf
Dimethyldichlorsilan und Methyltrichlorsilan ist und für Feuer auf
Trimethylchlorsilan und Methyldichlorsilan voll anwendbar ist.
Beispiel 4
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Es wurden Feuerlöschtests unter Benutzung von Trichlorsilan,
Methyldichlorsilan und Trimethylchlorsilan bei einer
Umgebungstemperatur von 30ºC und einer relativen
Luftfeuchtigkeit von 90% als entflammbare Flüssigkeiten
durchgeführt. Diese Chlorsilanverbindungen sind bekanntermaßen
schwierig beim Löschen von Feuer auf ihnen. Somit wurden
jeweils 50 ml der Silanverbindung in einen Behälter aus
rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Tiefe
von 6 cm gegeben, entzündet und vor Beginn der
Feuerlöscharbeit 20 sec brennen gelassen. Anschließend wurden 50 oder 70
g des gleichen porösen siliciumhaltigen Pulvers wie in
Beispiel 1 über die Oberfläche der brennenden
Chlorsilanverbindung gerieselt. Weiterhin wurden getrennte Tests
durchgeführt, bei welchen 50 oder 70 g des porösen siliciumhaltigen
Pulvers verrieselt wurden, gefolgt vom Übersprühen mit
Monobrommonochlormethan,
Tetrachlorkohlenstoff oder Wasser. Die
Ergebnisse dieser Tests waren wie folgt.
Trichlorsilan
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Berieseln mit 50 g des Pulvers war nicht vollständig wirksam
beim Löschen des Feuers, obwohl die Rauchbildung unterdrückt
werden konnte (Feuerlöschwirksamkeit C). Bei Berieseln mit 50
g des Pulvers gefolgt vom Übersprühen mit 5 g
Monobrommonochlormethan konnte das Feuer ohne weiteres innerhalb von 15
sec gelöscht werden (Feuerlöschwirksamkeit A). Besprühen mit 6
g Tetrachlorkohlenstoff nach dem Berieseln mit Pulver war
ebenfalls wirksam und löschte das Feuer innerhalb von 20 Sec
(Feuerlöschwirksamkeit B> . Besprühen mit 10 g Wasser war
ebenfalls effektiv beim Löschen des Feuers, bewirkte aber die
Entwicklung eines kleinen Volumens an toxischen Gasen
(Feuerlöschwirksamkeit B).
Methyldichlorsilan
-
Das Rieseln von 70 g des Pulvers war nicht ausreichend zum
Löschen des Feuers, obgleich die Heftigkeit des Feuers ein
wenig unterdrückt werden konnte. Es gab Anzeichen für ein
Sieden aufgrund der Geräusche innerhalb der Flüssigkeit
(Feuerlöschwirksamkeit D). Sprühen von 10 g
Monobrommonochlormethan gefolgt vom Berieseln mit 70 g Pulver war wirksam und
löschte das Feuer in 30 sec (Feuerlöschwirksamkeit B). Sprühen
von 10 g Wasser gefolgt von Berieseln mit 70 g Pulver war
ebenfalls wirksam und löschte das Feuer innerhalb von 20 sec
(Feuerlöschwirksamkeit A).
Trimethylchlorsilan
-
Berieseln mit 50 g Pulver war nicht ausreichend, um das Feuer
zu löschen, obwohl die Heftigkeit des Feuers ein wenig
unterdrückt werden konnte (Feuerlöschwirksamkeit C). Sprühen von 5
g Monobrommonochlormethan gefolgt vom Berieseln mit 50 g
Pulver war wirksam und löschte das Feuer ohne weiteres innerhalb
von 15 sec (Feuerlöschwirksamkeit A). Sprühen von 10 g Wasser
gefolgt vom Berieseln mit 50 g Pulver war wirksam und löschte
das Feuer innerhalb von 20 sec (Feuerlöschwirksamkeit B).
-
Die oben beschriebenen Ergebnisse der Feuerlöschtests zeigen,
daß der Effekt des Sprühens von hochhalogenierten
Kohlenwasserstoffverbindungen oder Wasser sehr beachtlich ist, wenn
vollständiges Löschen durch Berieseln mit porösen
siliciumhaltigen Pulver nicht erreicht werden kann.
Beispiel 5
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Die Vorgehensweise der Feuerlöschtests unter Benutzung von
Trichlorsilan, Methyldichlorsilan und Trimethylchlorsilan war
im wesentlichen die gleiche wie in Beispiel 4, außer daß das
poröse Pulver auf Basis von Siliciumdioxid im Beispiel 4
ersetzt wurde durch ein poröses Pulver auf Siliciumdioxid-
Aluminiumoxid-Basis, hergestellt aus Silton 3S und Kaolin
durch Mischen in einem Gewichtsverhältnis 1:1 und Kneten mit
Wasser, Kalzinieren der Mischung bei 1000ºC und
Säureextraktion des kalzinierten Materials in
Chlorwasserstoffsäure, gefolgt vom Waschen mit Wasser,
Dehydratisierung und Trocknen bei 105ºC. Das so erhaltene
poröse siliciumhaltige Pulver enthielt 68 Gew.-%
Siliciumdioxid SiO&sub2; und 25 Gew.-% Aluminiumoxid Al&sub2;O&sub3; und
hatte einen Teilchendurchmesser im Bereich von 40 bis 500 um
mit einem Porendurchmesser, der sich verteilt über einen
Bereich von 0,1 bis 50 um und eine Porosität von 80%. Jeder
der Feuerlöschtests wurde bei einer Umgebungstemperatur von
25ºC durchgeführt. Berieselt wurde mit 70 oder 90 g Pulver,
dem jedesmal ein Besprühen mit Monobrommonochlormethan oder
Wasser folgte. Die Ergebnisse dieser Feuerlöschtests waren wie
folgt.
Trichlorsilan
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Berieseln mit 70 g des Pulvers war wirksam, um das
Rauchvolumen zu reduzieren. Das Feuer konnte innerhalb von 40 sec
gelöscht werden, bei anschließendem Übersprühen mit 10 g
Monobrommonochlormethan (Feuerlöschwirksamkeit B). Der Ersatz von
10 g Monobrommonochlormethan durch 15 g Wasser war ebenso
effektiv und löschte das Feuer innerhalb von 45 sec
(Feuerlöschwirksamkeit B).
Methyldichlorsilan
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Berieseln mit 90 g des Pulvers war wirksam und unterdrückte
die Heftigkeit des Feuers. Das Feuer konnte innerhalb von 45
sec bei anschließendem Übersprühen mit 10 g
Monobrommonochlormethan gelöscht werden (Feuerlöschwirksamkeit B). Der Ersatz
von Monobrommonochlormethan durch dieselbe Menge Wasser war
ebenso effektiv und löschte das Feuer innerhalb von 45 sec
(Feuerlöschwirksamkeit B).
Trimethylchlorsilan
-
Berieseln mit 70 g des Pulvers war wirksam bei der
Unterdrückung der Heftigkeit des Feuers. Das Feuer konnte
innerhalb von 40 sec unter anschließendem Sprühen von 10 g von
Monobrommonochlormethan gelöscht werden (Feuerlöschwirksamkeit
B). Der Einsatz von 10 g Monobrommonochlormethan mit 15 g
Wasser war ebenso wirksam und das Feuer konnte innerhalb von
30 sec gelöscht werden (Feuerlöschwirksamkeit A).