EP0199897A1 - Verwendung eines wässrigen, gequollene Makromoleküle enthaltenden Systems als Löschwasser - Google Patents

Verwendung eines wässrigen, gequollene Makromoleküle enthaltenden Systems als Löschwasser Download PDF

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EP0199897A1
EP0199897A1 EP86101157A EP86101157A EP0199897A1 EP 0199897 A1 EP0199897 A1 EP 0199897A1 EP 86101157 A EP86101157 A EP 86101157A EP 86101157 A EP86101157 A EP 86101157A EP 0199897 A1 EP0199897 A1 EP 0199897A1
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62D—CHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D1/00—Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires
    • A62D1/0028—Liquid extinguishing substances
    • A62D1/005—Dispersions; Emulsions
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A62D1/00—Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires
    • A62D1/0064—Gels; Film-forming compositions

Definitions

  • Extinguishing water is mainly used for fighting fires in the form in which it can be found in the mains or in natural water, for example in the case of forest fires.
  • the mode of action of the extinguishing water is, on the one hand, that when it comes into contact with burning objects, it achieves very effective cooling due to its high heat capacity and heat of vaporization, so that the combustion temperature or the ignition temperature of the objects may be fallen below, thereby precluding new ignition.
  • its effect is that when it hits hot objects, it evaporates and the water vapor that is displaced displaces the air required for combustion, thereby immediately extinguishing the flames.
  • a major disadvantage when using water in the usual form is that a large proportion of the water often flows unused into non-burning parts or seeps into the ground. This is particularly disadvantageous in the case of forest fires when a significant proportion of the water, which is often transported at great expense, remains completely unused.
  • fighting fires near the ground is an important part of fighting forest fires, because according to a typical form of forest fire, the fire continues to eat in the dry undergrowth (grass, leaves or heather) and causes individual crown fires, which then inevitably combine. So far, it has not been possible to optimally use the water that has been brought in use, especially since forest fires are often preceded by a longer dry season and the soil is therefore particularly absorbent for water.
  • DE-OS 31 14 630 describes the use of gels as a water barrier on surfaces of fire-threatened parts of the building, e.g. Flat roofs, as well as to protect entire areas from wildfires. This measure is intended to avoid an undesired loss of extinguishing water as a result of running off and seeping away.
  • these are real gels with a very high viscosity, which cover the material to be protected as a thick layer. Since such gels do not penetrate the fire-endangered goods, they have a poor extinguishing effect. Their high viscosity makes the use of special devices necessary for their application.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a fire-fighting agent with the objective of reducing the water damage which arises during fire-fighting, reducing the environmental impact, enabling use with generally customary equipment and preventing corrosion damage.
  • Water-insoluble, strongly swelling polymers are described, for example, in US Pat. Nos. 4,017,653 and 4,018,951. In the professional world, these substances are also referred to as superabsorbent polymers or so-called superabsorbers. This applies in particular to the copolymers of acrylic or methacrylic acid with acrylamide, methacrylamide and acrylonitrile, as are described in DE-PS 2 706 135.
  • the system to be used according to the invention is preferably obtained by adding potassium or sodium salts of the dry, slightly crosslinked copolymer based on sodium acrylate and / or acrylic acid of a particle size from 0.02 to 0.5 mm in the appropriate amount of water with stirring or pumping.
  • All olefinically at least bifunctional monomers are suitable as crosslinking agents, such as, for example, methylenebisacrylamide, divinylbenzene, trisallyl cyanurate, trisallyl phosphate, etc.
  • the preparation of the suitable crosslinked polymers by free-radical or redox polymerization is known.
  • active silica and / or silicates can optionally be added to the unswollen copolymer.
  • the optionally added active silicas are products which are known in particular as fillers or absorbers, such as the silica xerogels with BET surface areas above 30 m 2 / g, generally several 100 m 2 / g, or those obtained by flame hydrolytic cleavage Active silica obtained from silicon tetrachloride with BET surface areas of 50 to 450 m 2 / g (Aerosil).
  • active silicas there are also active silicates precipitated from water glass and the corresponding metal salts and possibly mineral acids, in particular calcium, magnesium or aluminum with BET surface areas above 30 m 2 / g in the form of their xerogels for the purposes of the invention in combination with the highly absorbent ones Polymers can be used.
  • the aqueous system contains the gel particles in such concentrations that sufficient free water is still available on the one hand to achieve an excellent extinguishing effect with minimal water damage and on the other hand it can be used with a very good wetting capacity, such as with pure water, to enable.
  • aqueous system according to the invention 50 to 80% by weight, preferably 60 to 70% by weight, of the total water is present in the gel particles.
  • the gel particles arise from the highly absorbent copolymers, the structure of which is such that they quickly absorb 100 to 200 times their weight in water, but do not dissolve in water. If an excess of water is added to the gel particles thus gelled, the excess water remains as a pure water phase, which acts as a vehicle for the gel particles and largely retains their viscosity, while the gel particles are to be regarded as individual, discrete macromolecules.
  • the swelling bodies based on polyacrylic acid in the form of the sodium or potassium salt
  • a wetting agent is possible and can be done in special cases, e.g. clearing cotton bales.
  • the discrete gel particles according to the invention have nothing in common with the known thickeners which are proposed for increasing the adhesion of the water and which cause a great increase in viscosity with the associated disadvantages.
  • aqueous system according to the invention By setting the aqueous system according to the invention to a pH of 6-8, corrosion phenomena on used extinguishing devices and on objects sprayed for fire protection can be avoided.
  • aqueous system according to the invention as extinguishing water does not require any special pumps or pipes because of the low viscosity.
  • it is also possible to work with conventional equipment.
  • it can be used in type W fire extinguishers and sprinkler systems.
  • the entrained gel particles do not prevent the water from penetrating into the fire material, but do not show any tendency to drain away and, due to their own adherence, remain attached to the fire-prone or burning objects and, on the other hand, give rise to excessive heat the water contained in them is freely released as steam, so that the entire extinguishing water is available for cooling and steam formation. This significantly reduces the amount of extinguishing liquid required compared to conventional agents. In addition, there is very effective protection against fire penetration.
  • the swelling bodies can be added in the container of a tank fire-fighting vehicle, a "water bomber", or in special mixing containers, with gentle stirring or moderate pumping during littering and for a few minutes after the littering has ended.
  • the swollen gel particles do not stick together. You sit down though decreases slightly during long periods of inactivity, but can be pumped around or stirred without problems even after weeks, although this is normally not necessary.
  • the usual way of using the invention is to spray or spray the aqueous system with already formed gel particles.
  • a variant that may be preferred is to add the swelling bodies in an unswollen state shortly before the jet pipe.
  • fire blankets for example in the form of throws to help escape in fire-prone businesses, large buildings such as hotels etc. can be kept ready.
  • Such fire blankets contain the swelling bodies in the swollen state and are sealed, for example in a film, to prevent loss of moisture.

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Abstract

Als Löschwasser wird ein wässriges System aus einer wässrigen Phase verwendet, in der durch Hydration gequollene Gelteilchen eines Durchmessers von 0,1 bis 3 mm aus einzelnen, mäßig vernetzten, wasserunlöslichen, polaren Makromolekülen von Acrylsäurederivaten dispergiert sind. Die Gelteilchen liegen in einer Menge von 0,1 bis 0,6 Gew.%, berechnet als Trockensubstanz und bezogen auf die wässrige Phase vor und das wässrige System hat eine Viskosität unter 100 mPa's.

Description

  • Zur Brandbekämpfung wird überwiegend Löschwasser in der Form eingesetzt, wie es dem Leitungsnetz oder wie es - beispielsweise bei Waldbränden - natürlichen Gewässern zu entnehmen ist. Die Wirkungsweise des Löschwassers besteht zum einen darin, daß es beim Zusammentreffen mit brennenden Objekten aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und Verdampfungswärme eine sehr effektvolle Kühlung erzielt, so daß gegebenenfalls die Verbrennungstemperatur bzw. die Entzündungstemperatur der Objekte unterschritten wird, wodurch ein neues Entflammen ausgeschlossen wird. Zum anderen besteht seine Wirkung darin, daß es beim Auftreffen auf heiße Objekte verdampft und der entstehende Wasserdampf die zur Verbrennung erforderliche Luft verdrängt und damit die Flammen zunächst unmittelbar zum Verlöschen bringt.
  • Wesentlicher Nachteil bei der Verwendung von Wasser in der üblichen Form ist es, daß ein großer Anteil des Wassers häufig ungenutzt in nicht brennende Teile abfließt oder in den Boden versickert. Dies ist besonders bei Waldbränden von Nachteil, wenn ein erheblicher Anteil des häufig unter großem Aufwand antransportierten Wassers völlig ungenutzt bleibt. Gerade die Brandbekämpfung in Bodennähe ist jedoch ein wichtiger Bestandteil der Waldbrandbekämpfung, da sich nach einer typischen Form des Waldbrandes das Feuer im trockenen Unterholz (Gras, Laub oder Heidekraut) weiterfrißt und einzelne Kronenbrände verursacht, die sich dann unaufhaltsam vereinen. Bisher gelang es dabei nicht, das herbeigeschaffte Wasser optimal zu nutzen, insbesondere, da Waldbränden häufig eine längere Trockenzeit vorausgeht und der Boden dementsprechend für Wasser besonders aufnahmefähig ist.
  • Das grundsätzlich gleiche Problem besteht jedoch auch bei Bränden anderer Art, wie z.B. bei einem Dachstuhlbrand in einem Gebäude, in welchem das Dach nicht durch einen feuerfesten Boden von den Untergeschossen abgetrennt ist. Hier ist es üblicherweise so, daß das Wasser durch Böden, Durchbrüche, Treppen usw. in die darunter liegenden Geschosse des Gebäudes gelangt und dadurch für die Löscharbeiten verloren geht. Währenddessen besteht im brennenden Geschoss aufgrund des Wassermangels die Gefahr des Feuerdurchbruchs nach unten. Das abfließende Wasser andererseits richtet häufig erhebliche Folgeschäden an, so daß eine Steigerung der eingesetzten Löschwassermenge ebenfalls nicht unproblematisch ist.
  • Zur Vermeidung der aufgeführten Nachteile beschreibt die DE-OS 31 14 630 die Verwendung von Gelen als Wasserbarriere auf Oberflächen von brandbedrohten Gebäudeteilen, z.B. Flachdächern, sowie zum Schutz ganzer Landstriche vor Flächenbränden. Durch diese Maßnahme soll ein unerwünschter Verlust von Löschwasser infolge Abfließens und Versickerns vermieden werden. Es handelt sich hierbei jedoch um echte Gele mit einer sehr hohen Viskosität, die als dicke Schicht das zu schützende Gut bedecken. Da solche Gele nicht in das brandgefährdete Gut eindringen, haben sie eine schlechte Löschwirkung. Ihre hohe Viskosität macht den Einsatz besonderer Geräte für ihre Anwendung erforderlich.
  • Daß Brandschutzmaßnahmen mit wässrigen Gelen wie denen der DE-OS 31 14 630 keine Verbreitung finden, erklärt sich einmal aus der bescheidenen Wirksamkeit der vorgeschlagenen Verfahren, sowie daraus, daß besondere Vorrichtungen für die Brandbekämpfungsmaßnahmen erforderlich sind und es darüber hinaus zu Korrosionsschäden und Umweltbelastungen kommt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Brandbekämpfungsmittel bereitzustellen mit der Zielsetzung, die bei der Brandbekämpfung entstehenden Wasserschäden zu reduzieren, die Umweltbelastung zu vermindern, einen Einsatz mit allgemein gebräuchlicher Ausrüstung zu ermöglichen und Korrosionsschäden zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch die Verwendung eines wässrigen Systems als Löschwasser nach den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche gelöst.
  • Wasserunlösliche, in Wasser stark quellende Polymere sind beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 4 017 653 und 4 018 951 beschrieben. In der Fachwelt werden diese Stoffe auch als Hochsaugaktiv-Polymere oder sog. Superabsorber bezeichnet. Dies gilt insbesondere für die Copolymeren von Acryl-oder Methacrylsäure mit Acrylamid, Methacrylamid und Acrylnitril, wie sie in der DE-PS 2 706 135 beschrieben sind.
  • Das erfindungsgemäß zu verwendende System wird vorzugsweise durch Zugabe von Kalium- oder Natriumsalzen des trockenen, leicht vernetzten Copolymeren auf Basis Natriumacrylat und/oder Acrylsäure einer Teilchengröße von 0,02 bis 0,5 mm in die entsprechende Wassermenge unter Rühren oder Umpumpen hergestellt. Als Vernetzungsmittel sind alle olefinisch mindestens bifunktionellen Monomeren geeignet, wie z.B. Methylenbis-acrylamid, Divinylbenzol, Trisallylcyanurat, Trisallylphosphat usw. Die Herstellung der geeigneten vernetzten Polymeren durch radikalische oder Redox-Polymerisation ist bekannt.
  • Zur Beschleunigung des Quellvorgangs können dem ungequollenen Copolymeren gegebenenfalls feinteilige aktive Kieselsäure und/oder Silikate zugesetzt werden. Bei den gegebenenfalls zugesetzten aktiven Kieselsäuren handelt es sich um Produkte, die insbesondere als Füllstoffe oder Absorber bekannt sind, wie die Kieselsäurexerogele mit BET-Oberflächen über 30 m2/g, in der Regel mehreren 100 m2/g oder die durch flammenhydrolytische Spaltung von Siliciumtetrachlorid gewonnenen aktiven Kieselsäuren mit BET-Oberflächen von 50 bis 450 m2/g (Aerosil). Anstelle der aktiven Kieselsäuren sind auch aus Wasserglas und den entsprechenden Metallsalzen und eventuell Mineralsäuren gefällte aktive Silikate, insbesondere des Calciums, Magnesiums oder Aluminiums mit BET-Oberflächen über 30 m2/g in Form ihrer Xerogele für die Zwecke der Erfindung in Kombination mit den hochsaugaktiven Polymeren verwendbar.
  • Das wässrige System enthält die Gelteilchen in solchen Konzentrationen, daß noch genügend freies Wasser vorliegt, um einerseits eine hervorragende Löschwirkung bei minimalen Wasserschäden zu erzielen und andererseits eine Verwendbarkeit mit einem sehr guten Benetzungsvermögen, wie bei reinem Wasser, zu ermöglichen. In dem erfindungsgemäßen wässrigen System liegen 50 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 60 bis 70 Gew.%, des gesamten Wassers in den Gelteilchen vor.
  • Die Gelteilchen entstehen aus den hochsaugaktiven Copolymeren, deren Struktur so beschaffen ist, daß sie schnell das 100- bis 200-fache ihres Gewichts an Wasser aufnehmen, sich jedoch nicht in Wasser lösen. Wird den solchermaßen geguollenen Gelteilchen ein Wasserüberschuss zugegeben, so verbleibt das überschüssige Wasser als reine Wasserphase, die als Vehikulum für die Gelteilchen wirkt und weitgehend ihre Viskosität beibehält, während die Gelteilchen als einzelne diskrete Makromoleküle aufzufassen sind.
  • Die erfindungsgemäßen Quellkörper auf Basis von Polyacrylsäure (in Form des Natrium- oder Kaliumsalzes) entsprechen den Anforderungen der Erfindung optimal und verursachen keinerlei Umweltbelastung.
  • Bei Zugabe eines derartigen Produktes bis zu einer Menge von ca. 0,6 Gew.% zu Wasser stellt man nur eine geringfügige Viskositätserhöhung fest. Die Flüssigkeit bleibt voll pumpfähig und bei einem übergang von reinem Wasser zu mit Quellkörpern versetztem Wasser bei einem Löscheinsatz wurde von der Mannschaft an der Spritze kein Unterschied in der Handhabung festgestellt. Bei höheren Zusätzen steigt die Viskosität sprunghaft an, und das freie Wasser, dessen Vorliegen das erfindungsgemäße wässrige System charakterisiert, nimmt rapide ab. Bis zu einer Viskosität von 100 mpa's kann man von "Löschwasser" sprechen, das wie reines Wasser gehandhabt werden kann.
  • Die Zugabe eines Netzmittels ist möglich und kann in speziellen Fällen, z.B. dem Löschen von Baumwollballen, von Nutzen sein.
  • Die Wirkung einer durch Zusatz der Quellkörper in einer Menge von 0,4 % zu Wasser hergestellten Löschwassers war - wie in Großversuchen festgestellt wurde - hervorragend: Bei einem Standard-Zimmerbrand wurde eine Verminderung der erforderlichen Löschwassermenge und der Löschzeit von 30 bis 35 % und eine Verminderung des vom Brandherd abfließenden Löschwassers um 85 % festgestellt. Bei einem Zusatz von 0,5 bis 0,6 % Quellkörper erhöht sich die Viskosität bereits erheblich, der Löscheinsatz kann aber noch wie gewohnt durchgeführt werden.
  • Die diskreten erfindungsgemäßen Gelteilchen haben nichts gemein mit den bekannten Verdickungsmitteln, die zur Erhöhung der Haftung des Wassers vorgeschlagen werden und die eine starke Viskositätserhöhung mit den damit verbundenen Nachteilen verursachen.
  • Durch die Einstellung des erfindungsgemäßen wässrigen Systems auf einen pH-Wert von 6-8 können Korrosionserscheinungen an benutzten Löscheinrichtungen und an zum Brandschutz besprühten Gegenständen vermieden werden.
  • Der Einsatz des erfindungsgemäßen wässrigen Systems als Löschwasser erfordert wegen der niedrigen Viskosität keine besonderen Pumpen bzw. Rohre. Bei der Bekämpfung von Waldbränden bzw. bei der Brandbekämpfung aus der Luft kann ebenfalls mit Hilfe herkömmlicher Geräte gearbeitet werden. Schließlich ist die Verwendung in Feuerlöschern vom Typ W und in SprinklerAnlagen möglich.
  • Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen wässrigen Systems zur Brandbekämpfung verhindern die mitgeführten Gelteilchen das Eindringen des Wassers in das Brandgut nicht, zeigen jedoch im wesentlichen keine Neigung zum Abfließen und bleiben aufgrund eines eigenen Haftvermögens an den brandgefährdeten oder brennenden Objekten hängen und geben hier andererseits bei großer Hitzeentwicklung das in ihnen enthaltene Wasser ungehindert als Dampf frei, so daß das gesamte Löschwasser zur Kühlung und Dampfbildung zur Verfügung steht. Dadurch reduziert sich die benötigte Menge Löschflüssigkeit gegenüber herkömmlichen Mitteln wesentlich. Zusätzlich ergibt sich ein sehr wirksamer Schutz gegen das Vordringen des Brandes.
  • Bei der Bekämpfung von Bränden in Behältern ist die Kühlung der Behälterwand von Bedeutung. Mit dem erfindungsgemäßen wässrigen System ist es möglich, während des Löschvorgangs mit dem gleichen Rohr von Zeit zu Zeit die Behälterwand zu besprühen, wobei die anhaftenden Gelteilchen eine Dauerberieselung überflüssig machen und eine bessere Nutzung der Rohrkapazität erlauben. Durch die am abgelöschten Gut haftenden Gelteilchen wird die Gefahr des Wiederaufflackerns des Brandes verringert.
  • Die Zugabe der Quellkörper kann im Behälter eines Tanklöschfahrzeuges, eines "Wasserbombers", oder in besonderen Mischbehältern geschehen, wobei während des Einstreuens und während einiger Minuten nach Beendigung des Einstreuens leicht gerührt oder mäßig umgepumpt wird. Die aufgequollenen Gelteilchen haften nicht aneinander. Sie setzen sich zwar während längerer Standzeiten geringfügig ab, können aber selbst nach Wochen problemlos umgepumpt bzw. aufgerührt werden, was jedoch normalerweise nicht erforderlich ist.
  • Die übliche Art der Anwendung der Erfindung ist das Verspritzen oder Versprühen des wässrigen Systems mit bereits gebildeten Gelteilchen. Eine unter Umständen zu bevorzugende Variante besteht darin, die Quellkörper kurz vor dem Strahlrohr in ungequollenem Zustand zuzugeben. Obwohl dann der Vorteil des höheren Haftungsvermögens der Gelteilchen zum Schutz von noch nicht von Feuer erfassten Gegenständen nicht genutzt wird, erreicht man doch sehr schnell einen wirksamen Schutz gegen Wasserschäden, da die nach kurzer Zeit gequollenen Quellkörper Fugen und Ritzen abdichten. Wenn einmal eine abdichtende Schicht aus dem Gel gebildet ist, kann, sofern dies sinnvoll erscheint, mit reinem Wasser weiter gearbeitet werden.
  • Bei Waldbränden bleibt aufgrund des Haftvermögens ein Teil des Gels in den Bäumen hängen und bildet einen guten Schutz gegen das Uberspringen des Brandes von einer Baumkrone zur anderen. Bei Etagenbränden bildet sich eine Wasserdecke, die ein Übergreifen des Brandes auf den Rest des Gebäudes verhindern kann.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Verwendung besteht in der Herstellung von Feuerlöschdecken, die z.B. in Form von Überwürfen zur Fluchthilfe in brandgefährdeten Betrieben, Großgebäuden wie Hotels usw. bereitgehalten werden können. Derartige Feuerlöschdecken enthalten die Quellkörper im gequollenen Zustand und sind zur Vermeidung von Feuchtigkeitsverlusten, z.B. in eine Folie, eingeschweißt.

Claims (6)

1. Verwendung eines wässrigen Systems, enthaltend eine wässrige Phase und
darin dispergierte, durch Hydratation gequollene Gelteilchen eines Durchmessers von 0,1 bis 3 mm aus einzelnen, mäßig vernetzten, wasserunlöslichen, polaren Makromolekülen von Acrylsäurederivaten, wobei die Gelteilchen in einer Menge von 0,1 bis 0,6 Gew.%, berechnet als Trockensubstanz und bezogen auf die wässrige Phase vorliegen,
und das wässrige System eine Viskosität unter 100 mPa's hat,
als Löschwasser.
2. Verwendung eines wässrigen Systems nach Anspruch 1, in dem die wässrige Phase Natrium-, Kalium- oder Ammoniumionen enthält und die Makromoleküle ein polyanionisches Acrylsäurecopolymerisat sind, für den Zweck des Anspruchs 1.
3. Verwendung eines wässrigen Systems nach Anspruch 1, in dem 50 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 60 bis 70 Gew.%, des gesamten Wassers in den Gelteilchen vorliegen, für den Zweck des Anspruchs 1.
4. Verwendung eines wässrigen Systems nach Anspruch 1, das aktive Kieselsäure und/oder Silikate enthält, für den Zweck des Anspruchs 1.
5. Verwendung eines wässrigen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für den Zweck des Anspruchs 1, in Feuerlöschern oder SprinklerAnlagen.
6. Verwendung eines wässrigen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für den Zweck des Anspruchs 1 in Feuerlöschdecken und Fluchthilfe- überwürfen.
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