PL205039B1 - Kompozycja środka ogniouodporniającego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Zakres wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest kompozycja środka ogniouodporniającego, wolna od białka i nieszkodliwa.

W szczególności, przedmiotem wynalazku jest kompozycja środka ogniouodporniającego wykazująca właściwości endotermiczne, umożliwiające pochłonięcie znacznych ilości ciepła towarzyszących wstępnym etapom pożaru.

Tło wynalazku

Tradycyjnie, niebezpieczne skutki ognia zwalczano przy użyciu wody. Jednakże, woda jako jedyny środek jest często nieodpowiednia albo nieskuteczna w zwalczaniu pewnych typów pożarów. Dlatego, w celu poprawienia skuteczności wody jako środka zwalczającego pożar, dodawano do wody różnorodne substancje i środki chemiczne.

Na przykład, stosowano układy zawiesin cząstek fizycznych, takie jak ciekłe zawiesiny gliny albo rozpuszczalne w wodzie środki chemiczne, w celu wytworzenia mieszanin, które zawierają środki powierzchniowo czynne, wspomagające zwilżanie, rozproszenie albo przenikanie; środki pieniące, takie jak środki chemiczne o niskiej temperaturze wrzenia, albo stosowano sposoby takie jak wprowadzenie sprężonych gazów w celu wytworzenia pian, w połączeniu z wodą w celu poprawienia jej skutków działania przeciw pożarowi i niebezpiecznym skutkom wywoływanym przez ogień.

Mimo to, wiele z tych substancji i właściwości zmodyfikowanych kompozycji wodnych doświadczało nieodłącznych niekorzyści, gdyż takie kompozycje charakteryzowały się toksycznością, korozyjnością, i/lub szkodliwością dla środowiska.

Na przykład, fosforany sodu, potasu albo amonu, gdy są połączone z wodą w celu poprawienia zdolności wody do zwalczania pożaru, skutkują uzyskaniem roztworu wodnego posiadającego względnie niską temperaturę rozkładu termicznego, i dlatego w pewnych warunkach będą wytwarzać gazy toksyczne, jak również po ich zastosowaniu będzie pozostawać kleista pozostałość.

Dalej, także chlorowce są zwykle dodawane w celu poprawienia skuteczności wody jako środka zwalczającego ogień, ale wykazują one również niekorzyści w odniesieniu do środowiska, chlorowce jako takie mogą wytwarzać gazy toksyczne i wywoływać uszkodzenie ziemskiej warstwy ozonowej.

Dlatego, te typowo znane kompozycje środków ogniouodporniających, zawierające powyższe środki chemiczne, jak również typowe środki opóźniające palenie, bromowane albo na bazie estrów fosforanowych, potencjalnie pociągają za sobą poważne zagrożenie dla życia biologicznego i jego struktury genetycznej.

Opis patentowy nr US-5091097 ujawnia materiał do gaszenia ognia, który zawiera znaczne ilości fosforanu diamonowego (4-14%) i mocznika (4-8%). Taki skład powoduje, że tego rodzaju materiał do gaszenia ognia jest klasyfikowany jako szkodliwy ponieważ oba wymienione związki są substancjami białkowymi, które potencjalnie mogą prowadzić do reakcji alergicznych na skórze. Ponadto, gdy materiał do gaszenia ognia zawiera białkowe związki, takie jak fosforan diamonowy czy mocznik, to w kontakcie z wodą przechodzą one do ś rodowiska, a takie biał kowe zwią zki stanowią istotne zagrożenie środowiskowe ze względu na ich akumulowanie (w glebie).

W znaczeniu niniejszego wynalazku, środek ogniouodporniają cy stosuje się w celu opisania produktu chemicznego, który może zapobiec zapłonowi ognia albo jego rozwojowi, przez związanie znacznych ilości energii cieplnej. Środek ogniouodporniający dostarcza powierzchnię zabezpieczającą, którą można nałożyć na materiał, tak aby zabezpieczyć taki materiał przed przypadkiem powstania ognia i związanym z nim płomieniem. To zabezpieczenie materiału przed płomieniem, przez spowodowanie, że ten materiał nie staje się paliwem dla ognia, zabezpiecza w ten sposób przed dalszym rozprzestrzenianiem się płomieni pożaru.

Dlatego, pozostaje wciąż problem, aby kompozycja środka ogniouodporniającego przeznaczona do zabezpieczenia powierzchni materiału, na który jest nałożona, jak również ograniczenia rozprzestrzeniania się pożaru przez ograniczenie zdolności płomienia do przemieszczania się ponad powierzchnią zabezpieczoną, pozostawała wciąż nieodłącznie przyjazna dla środowiska, niedroga do wytworzenia i potencjalnie usuwała poważne ryzyko zranienia, jeśli kompozycja znajdzie się w kontakcie ze skórą ludzką albo w przypadku jej połknięcia.

PL 205 039 B1

Cele wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest dostarczenie kompozycji środka ogniouodporniającego, która jest w pełni podatna na naturalny rozkład biologiczny i jest w stanie pochłaniać znaczne ilości energii cieplnej, na przykład ciepła związanego z początkowymi etapami pożaru.

Kolejnym przedmiotem niniejszego wynalazku jest pokonanie, albo co najmniej znaczne poprawienie pewnych niekorzyści i ograniczeń typowych kompozycji ogniouodporniających, które stały się uprzednio dostępne, albo inaczej, co najmniej dostarczenie ogółowi ulepszonej kompozycji środka ogniouodporniającego.

Streszczenie wynalazku

Odpowiednio przedmiotem wynalazku jest kompozycja środka ogniouodporniającego, wolna od białka i nieszkodliwa, charakteryzująca się tym, że zawiera:

(a) wodę w ilości co najmniej wystarczającej do rozpuszczenia poniższych rozpuszczalnych w wodzie składników (b) do (e), do ilości nie wywołującej korozji, (b) wysoce stężoną zasadę wybraną z grupy składającej się z co najmniej jednego, albo ich połączenia, wodorotlenku sodu, wodorotlenku potasu i/lub wodorotlenku litu, (c) co najmniej jeden z, albo ich połączenie, bezwodnego kwasu cytrynowego, kwasu cytrynowego, kwasu octowego, (d) pirofosforan czteropotasowy, (e) sól albo związek metalu alkalicznego, wybrane z co najmniej jednego z: kationu litowego, sodowego lub potasowego w połączeniu z anionem octanowym, wodorowęglanowym, węglanowym, przy czym kompozycja jest dostosowana do wartości pH pomiędzy od 6,5 do 7,5 przez odpowiednio ilość składnika (b), (c) i/lub (e). Korzystnie kwas octowy jest w postaci koncentratu o stężeniu powyżej 90%, a wysoce stężona zasada wykazuje stężenie powyżej 80%, przy czym jeszcze korzystniej wysoce stężoną zasadą jest wodorotlenek potasu, a ponadto zawiera bezwodny węglan potasu oraz środek zmiękczający. Korzystna kompozycja według wynalazku posiada dostosowany ciężar właściwy w zakresie od 1,1 do 1,4, jeszcze korzystniej 1,3.

Według wynalazku w kompozycji sól albo związek metalu alkalicznego oznacza octan potasu, przy czym kompozycja zawiera od 28% do 38% wagowych wody oraz korzystniej od 15% do 25% wagowych wysoce stężonej zasady, a zasada korzystnie oznacza wodorotlenek potasu.

Według korzystnej postaci wykonania kompozycji według wynalazku, składnik (c) kompozycji oznacza połączenie kwasu cytrynowego i kwasu octowego, przy czym kompozycja szczególnie korzystnie zawiera od 8% do 13% wagowych kwasu octowego, albo alternatywnie według innej postaci wykonania zawiera od 17% do 24% wagowych kwasu octowego.

Korzystnie kompozycja według wynalazku zawiera od 6% do 10% wagowych węglanu potasu, od 2% do 3% wagowych pirofosforanu czteropotasowego oraz od 3% do 5% wodorowęglanu sodu.

Korzyść płynąca z takiej kompozycji ogniouodporniającej polega na tym, że jest ona w stanie pochłaniać duże ilości energii cieplnej i dlatego też może być stosowana jako zabezpieczenie powierzchniowe materiałów, w celu zapobieżenia zapłonowi, ponownemu zapłonowi, albo rozprzestrzenianiu się ognia.

Dalsza korzyść polega na tym, że kompozycja zawiera składniki, które są łatwo dostępne handlowo oraz mało kosztowne.

Dalszą korzyścią takiej kompozycji jest to, że środek ogniouodporniający zawierający wodę z ś rodkami chemicznymi (b) do (e) jest przyjazny dla ś rodowiska.

Korzystnie, główne składniki kompozycji będą z łatwością ulegać rozkładowi biologicznemu, gdyż kompozycja jest zbliżona do obojętnej pod względem wartości pH i jest rozpuszczalnym w wodzie roztworem jonowych, nietoksycznych składników, nie wywołuje więc niekorzystnych skutków w kontakcie ze skórą, jeśli dojdzie do jej kontaktu z użytkownikiem.

Jeszcze dalszą korzyścią jest to, że składniki tworzące środek ogniouodporniający nie zawierają żadnych znanych substancji toksycznych albo rakotwórczych i dlatego taką kompozycję można sklasyfikować jako „bezpieczną według kryteriów „Work Safe Australia.

Jeszcze dalszą korzyścią takiej kompozycji ogniouodporniającej jest to, że skoro kompozycja ma pH bliskie obojętnego, zmniejsza ona albo usuwa efekt korozji. Dzięki zmniejszeniu albo usunięciu efektu korozji, kompozycję ogniouodporniającą można zastosować w takich dziedzinach jak kontrolowanie pożarów buszu albo w układach giętkich przewodów doprowadzających, takich jak sieć instalacji przeciwpożarowej w budynku.

PL 205 039 B1

Społeczeństwo jest wysoce zainteresowane kontrolowaniem występowania niekontrolowanego rozprzestrzeniania się pożarów. Obecnie takie pożary lasów są kontrolowane przez wprowadzenie tak zwanych przecinek przeciwpożarowych w lasach i na polach, i przez spryskiwanie w tych obszarach listowia środkiem opóźniającym palenie. Mimo to, opisany powyżej problem związany z tymi typowo znanymi kompozycjami ogniouodporniającymi, polega na tym, że są one nieodłącznie nieprzyjazne dla środowiska, i dlatego potencjalnie mogą uszkadzać albo niszczyć materiały, na które są zastosowane.

Jednakże, kompozycja środka ogniouodporniającego według niniejszego wynalazku, dzięki składnikom stanowiącym powyższą kompozycję, umożliwia umieszczenie środka ogniouodporniającego na liściach roślin albo gruncie w obszarze lasu, bez niekorzystnych skutków dla środowiska. Skoro środowisko nie jest w żaden sposób wystawione na działanie jakichkolwiek substancji toksycznych albo szkodliwych, obecnych w kompozycji środka ogniouodporniającego, nie występuje ryzyko przyszłego uszkodzenia lasu albo gruntu wskutek zastosowania kompozycji.

Kompozycja środka opóźniającego palenie według niniejszego wynalazku dostarcza ulepszonej alternatywy w stosunku do środków ogniouodporniających, które są obecnie stosowane do aktywnego rozpylania przez system przeciwpożarowy, gdy zaistnieje ryzyko wystąpienia pożaru. Dzięki nieobecności substancji toksycznych dla środowiska i nadzwyczajnie dobrym zdolnościom absorpcji energii wykazywanym przez kompozycję środka ogniouodporniającego według niniejszego wynalazku, dostarczono bezpieczną i praktyczną kompozycję, którą można umieścić w otoczeniach, które są scharakteryzowane jako, na przykład, obróbka plastyczna na gorąco, związanych z procesami spawania albo skrawania. Korzystnie, ta sama sytuacja jest prawdziwa dla równoważnych środowisk, na przykład miejsc magazynowych, które często magazynują i zawierają wyroby palne, takie jak drewno, papier i celuloza.

Pył węglowy w połączeniu z gazowym metanem stanowi poważne ryzyko w przemyśle węglowym, i środek opóźniający palenie według niniejszego wynalazku powinien znacznie zmniejszyć ryzyko zapłonu pyłu węglowego i związanej z nim eksplozji.

Dalszą korzyścią kompozycji środka ogniouodporniającego według niniejszego wynalazku jest to, że może być ona zastosowana w przypadku łatwopalnych materiałów włókienniczych, bez pociągania za sobą jakichkolwiek niekorzyści w odniesieniu do koloru albo wzoru materiału włókienniczego.

Korzystnie, pirofosforan czteropotasowy występuje w wysoce stężonej postaci powyżej 98%, w celu uniknięcia tworzenia estrów fosforanowych. Niekorzyść tworzenia estrów fosforanowych polega częściowo na ryzyku dla środowiska, które estry te przedstawiają w odniesieniu do substancji biologicznych.

Korzystnie, kompozycja środka ogniouodporniającego zawiera ponadto bezwodny węglan potasu. Korzyść z posiadania węglanu potasu zawartego w kompozycji środka ogniouodporniającego jest taka, że stanowi on składnik dodatkowy, mający na celu stabilizowanie kompozycji.

Korzystnie, kompozycja środka ogniouodporniającego zawiera ponadto środek zmiękczający. Korzystnie środek powierzchniowo czynny wykazujący efekt równoważny albo taki sam jak Ampholak YCE Berol.

Korzyścią płynącą z posiadania kompozycji środka ogniouodporniającego zawierającej środek zmiękczający jest to, że w pewnych zastosowaniach poprawia on zdolność kompozycji do przywierania do pewnych powierzchni, przeznaczonych do zabezpieczenia. Na przykład, gdy kompozycję środka ogniouodporniającego nakłada się na materiały tekstylne, środek zmiękczający zapewnia skuteczne rozprzestrzenienie kompozycji wgłąb włókien tworzących materiał tekstylny.

Według wynalazku fosforan zawarty w kompozycji środka ogniouodporniającego oznacza pirofosforan czteropotasowy. Korzystnie, kompozycja zawiera zakres około 1,5 do 3% wagowych pirofosforanu czteropotasowego.

Korzystnie, kompozycja środka ogniouodporniającego zawiera zakres około 3 do 5% wodorowęglanu sodu. Korzystnie, jeśli środek zmiękczający dodano do kompozycji w celu bardziej skutecznego rozprowadzenia opóźniacza na materiale, będzie on w zakresie od 0,5 do 1,5% wagowego względem wagi powyższej kompozycji.

Szczegółowy opis wynalazku

W celu dalszego zilustrowania niniejszego wynalazku, przygotowano serie kompozycji ś rodka ogniouodporniającego, z naturalnie, w pełni ulegającymi rozkładowi, kwasami organicznymi i zasadami nieorganicznymi, które połączono podczas mieszania w naczyniu, umożliwiając przebieg reakcji chemicznych, razem z dodatkiem substancji, które stabilizują reakcje chemiczne, tak że utworzona sól

PL 205 039 B1 i całkowite charakterystyki kompozycji ś rodka ogniouodporniają cego wykazują wł a ś ciwoś ci endotermiczne.

Projekt wytwarzania produktu końcowego o optymalnych własnościach endotermicznych prowadzi do sposobu wytwarzania zawierającego reakcje egzotermiczne. Zatem, duże ilości ciepła wydzielają się podczas procedury mieszania. Zastosowanie kompozycji środka opóźniającego palenie, które zawierają jedynie naturalnie występujące surowce, bez znanego ryzyka względem życia biologicznego, zwiększa możliwość ogólnego zastosowania kompozycji środka opóźniającego palenie, wytworzonej sposobami opisanymi poniżej.

Mimo to, następujące przykłady przedstawiono jedynie w celu ilustracji, i należy uznać, że można dokonać niewielkich zmian i/lub przeróbek, które nie są bezpośrednio ujawnione w niniejszym zgłoszeniu patentowym. Należy rozumieć, że w takim zakresie, że jakakolwiek z takich zmian nie zmienia rzeczowo produktu końcowego albo jego działania, zmiany te są uważane za wchodzące w zakres zamysłu i zakresu wynalazku, jak określony w następujących zastrzeżeniach.

Procedury eksperymentalne

P r z y k ł a d 1

Składniki, które są zawarte w kompozycji środka opóźniającego palenie tworzą razem sól organiczną o słabo zasadowym pH w zakresie 6,5 do 7,5, korzystnie 7,1 i gęstości w zakresie od 1,2 do 1,4, korzystnie 1,3. Takie granice umożliwiają nałożenie kompozycji za pomocą prostych, znanych metod w większości obszarów możliwych zastosowań.

Przykład 1 polega na zmieszaniu roztworów nieorganicznych z kwasami organicznymi, związanym z silnym wydzielaniem ciepła chemicznego (reakcja egzotermiczna). Poprzez dodanie cieczy (takiej jak woda w Przykładach 1, 2) do naczynia, które umożliwia mieszanie w jednej płaszczyźnie obrotu (x, y) i przez utrzymywanie mieszania wody tak, że ciecz się obraca, wytwarza się korzystne warunki dla skutecznego zmieszania substancji, które są zawarte w kompozycji, co pociąga za sobą reakcję egzotermiczną.

Składniki wymienione poniżej według wagi będą dodane do składnika wodnego, który umieszczono w naczyniu z mieszaniem szybkobieżnym. Wymienione wartości stanowią procent wagowy całkowitej kompozycji środka ogniouodporniającego:

Woda 33%

Wodorotlenek potasu 21%

Kwas octowy 10%

Kwas cytrynowy 21%

Potaż 8%

Pirofosforan czteropotasowy 2%

Wodorowęglan sodu 4%

Zmiękczacz 1%

Składnik wodny jest umieszczony w zbiorniku z mieszaniem i inne składniki dodaje się w kolejności wymienionej poniżej.

Do wody dodano strumień, skierowany do centrum mieszania wody, wysoce stężonego (więcej niż 87%) wodorotlenku potasu. Dzięki dodatkowi wysoce stężonej zasady, takiej jak w przykładzie, wodorotlenku potasu, przebiegnie reakcja chemiczna i związana z nią reakcja egzotermiczna w warunkach tego rodzaju mieszania.

Tą właściwą mieszaninę miesza się i dodaje się skierowany strumień wysoce stężonego kwasu octowego (powyżej 96%), podczas energicznego mieszania, dzięki któremu ponownie przebiega reakcja egzotermiczna.

Naturalnie występujący kwas cytrynowy, całkowicie wolny od wody, dodaje się następnie do mieszaniny, którą utrzymuje się w warunkach ciągłego mieszania.

Węglan potasu znany również jako potaż, całkowicie wolny od wody, dodaje się następnie podczas ciągłego mieszania. Węglan stanowi ważny składnik dla stabilizowania mieszaniny.

Następnie dodaje się fosforan w bardzo małej ilości, jak pokazano powyżej, około 2%. Fosforan jest wybrany głównie w postaci pirofosforanu czteropotasowego i występuje w wysoce stężonej postaci (powyżej 99,5%) w celu uniknięcia dodatku estrów fosforanowych. Jest to spowodowane głównie wskutek ryzyka dla środowiska, płynącego z zastosowania estrów fosforanowych. Pirofosofran czteropotasowy dodaje się podczas energicznego mieszania.

PL 205 039 B1

Wodorowęglan sodu dodaje się po dodaniu fosforanu w celu wytworzenia bardziej stabilnej mieszaniny. Należy zaznaczyć, że 10% surowców chemicznych jest uwalnianych w postaci dwutlenku węgla w trakcie przebiegu procesów chemicznych.

W tym przykł adzie do kompozycji dodano zmię kczacz. Odczyn pH produktu koń cowego, na przykład 7,1, dostosowuje się do pożądanej wartości przez dodanie wodorotlenku potasu albo kwasu octowego.

Na koniec sprawdza się gęstość kompozycji środka ogniouodporniającego. Gęstość powinna wynosić w przybliżeniu 1,3.

Wykazano, że może to mieć praktyczne zastosowanie, jeśli składniki dodane podczas mieszania są równocześnie poddane działaniu fali energii, wytwarzanej mechanicznie, w czasie równoczesnego oddziaływania zmiennego pola magnetycznego, przyłożonego z zewnątrz.

P r z y k ł a d 2

W tym przykł adzie, kolejnej zilustrowanej postaci wykonania wynalazku, przedstawiono kompozycję środka ogniouodporniającego cytrynianu di-metalu alkalicznego, w której kation metalu alkalicznego wybrano z grupy 1A metali alkalicznych, litu, sodu i potasu, i posiadającą wynikową wartość pH w zakresie 6,5 do 7,5, dzię ki dodatkowi jednej albo więcej soli zasadowej albo związku metalu alkalicznego grupy 1A, wybranej spośród kationu litu, sodu i potasu, oraz anionu octanowego, wodorowęglanowego, węglanowego i hydroksylowego.

Korzystnym cytrynianem jest cytrynian dwupotasowy i korzystną solą zasadową jest octan potasu. W celu poprawienia charakterystyki stabilności i pojemności endotermicznej w wyższych temperaturach, ogniouodporniająca sól albo mieszanina soli może ewentualnie zawierać niewielką ilość pirofosforanu czteropotasowego, który jest ogólnie uważany za potencjalnie najmniej szkodliwy z rodziny fosforanów.

Opóźniacz może ewentualnie zawierać dodatkowe związki zobojętniające albo buforujące takie jak, na przykład, wodorowęglan sodu i/lub węglan potasu.

Opóźniacz wykazuje wartość pH w zakresie od 6,5 do 7,5 i wartość ciężaru właściwego w zakresie od 1,2 do 1,4, i typowa analiza (wartości przybliżone) opóźniacza, wykonana tak jak w Przykładzie 2, daje wyniki pH = 7,15, ciężar właściwy = 1,365.

Cytrynian 10%

Octan 28%

Fosforan 2%

Wodorowęglan sodu 3%

Woda 47%

Należy zauważyć, że jeśli nie wskazano inaczej, wszystkie zawartości procentowe oznaczają procent wagowy w odniesieniu do mas cząsteczkowych, i wszystkie wartości pH i wartości ciężaru właściwego podano w odniesieniu do pomiarów w temperaturze 20°C. Należy także zaznaczyć, że wysokie stężenia soli będą wywoływać „efekt solny dotyczący pomiarów pH. W przypadku preparatów według niniejszego przykładu należy rozważyć i wziąć pod uwagę dane dotyczące rozpuszczalności.

Opóźniacz można wytworzyć z surowca zawierającego kwas cytrynowy przez kontrolowaną reakcję z solą zasadową albo związkiem wybranym z kationu grupy metali alkalicznych 1A, litu, sodu i potasu, oraz anionu octanowego, wodorowęglanowego, węglanowego i hydroksylowego, w celu wytworzenia cytrynianu di-metalu alkalicznego.

Kwas cytrynowy ma masę cząsteczkową równą 192,070, rozpuszczalność równą 6/22 gm/l (około 3 gramorównoważników kwasu cytrynowego/55 gramorównoważników H2O), i pH w roztworze wodnym pomiędzy około 1,3 do około 2,0. Wykazuje on obniżenie temperatury podczas rozpuszczania (endotermiczny).

W reakcji kwasu cytrynowego z substancjami zasadowymi wytwarzają się znaczne iloś ci energii cieplnej, czemu towarzyszy powstawanie piany albo spienianie i należy zwrócić uwagę na kontrolowanie szybkości dodawania reaktanta, w celu utrzymania niskiej temperatury i uniknięcia nadmiernego powstawania piany. Dodatkowo, zastosowanie zbiorników z mieszaniem wykonanych z nierdzewnej stali i skuteczne techniki mieszania będą pomagać w rozproszeniu ciepła i rozproszeniu piany jak również w zwiększeniu wydajności reakcji.

Następujące etapy ilustrują różnorodne aspekty reakcji przebiegających w przykładzie drugim, i sposobie wytwarzania.

Etap 1

C6H8O7 + 2KOH + 18H2O = K2C6H6O7 + 20H2O + ciepło

PL 205 039 B1

192,070 + 112,216 + 324,288 = 268,254 + 360,320 = 628,574 42,7% + 57,5% = w przybliżeniu 100%

Roztwór 1 gramorównoważnika kwasu cytrynowego w 18 gramorównoważnikach wody dał pH około 2,0.

Kontrolowany dodatek 2 gramorównoważników wodorotlenku potasu i utrzymywanie temperatury poniżej 50°C skutkuje powstaniem cytrynianu monopotasowego do pH około 3,5 i następnie cytrynianu dwupotasowego od pH około 3,5, do pH około 5,2.

Podobna reakcja zawierająca 9C6H8O7 + 18KOH + 50H2O skutkuje pH koło 5,6.

Etap 2

W sposób podobny do etapu 1, ale przy zastosowaniu wę glanu litu jako reaktanta zasadowego z kwasem cytrynowym, mianowicie,

C₆H₈O₇ +Li₂CO₃ + 18H₂O = Li₂H₆O₇ + 19H₂O + CO₂

192,070 + 73,891 + 324,288 = 203,934 + 342,304 + 44,011 = 590,249 34,6%+ 58,0% + 7,4% = 100%

Ze względu na to, że rozpuszczalność węglanu litu jest bardzo niska, na poziomie 1,3 gm/l (1 gramorównoważnik Li2CO3/313 gramorównoważników H2O), kwas cytrynowy dodaje się do wody i następnie dodaje się węglan litu jako substrat reakcji. Mniejsza ilość ciepła wydziela się w tej reakcji, ale wydzielanie CO2 wywołuje znaczne rozszerzenie objętościowe w postaci piany, która musi być gaszona za pomocą skutecznego mieszania albo zmieszania. Ze względu na to, że CO2 jest gazem „cieplarnianym, powinien być zbierany z przeznaczeniem do innego zastosowania i powinno się zapobiegać jego przenikaniu do atmosfery. Odczyn pH otrzymanego cytrynianu dwulitowego wynosi około 4,5.

Etap 3

Podobnie,

2CH3COOH + Li2CO3 + 8H2O = 2CH3COOLi + 9H2O + CO2 skutkuje pH około 5,8.

Etap 4

Do 10 gramorównoważników H2O dodano powoli 2 gramorównoważniki KOH, w celu kontrolowania ogrzewania się roztworu i utrzymania temperatury poniżej około 50°C. Następnie dodano powoli 1 gramorównoważnik kwasu octowego, w celu wytworzenia 1 gramorównoważnika octanu potasu CH3COOK, w pH około 9,5.

CH3COOH + KOH + 10H2O =CH3COOK + 11H2O + ciepło

60,054 + 56,108 + 180,160 = 98,146 + 198,176 = 296,322 33,1% + 66,5% = w przybliż eniu 100%

Etap 5

Podobnie do Etapu 4,

18CH3COOH +18KOH + 50H2O = 18CH3COOK + 68H2O + ciepło 1080,972 + 1009,944 + + 900,800 = 1766,628 + 1255,088 = 2991,716

59,1% + 40,9% = 100%

Ten etap odzwierciedla minimalne wymagania rozpuszczalności dla KOH.

Etap 6

Stały CH3COOK rozpuszczono w wodzie, co skutkowało powstaniem roztworu zasadowego, wykazującego pH od około 8,7, do około 11,1, przy granicznej rozpuszczalności, która wynosi 2530 gm/l albo 25 CH3COOK/55 H2O. 18 CH3COOK dodano do 68 H2O i rozpuszczono. Dodano następnie 18 KOH rozpuszczonego w 130 H2O, a następnie dodano powoli stały kwas cytrynowy. Reakcję można podsumować następująco:

18CH3COOK + 9K2C6H6O7 + 216H2O

1766,628 + 2414,286 + 3891,456 = 8072,370

21,9% + 29,9% + 48,2% = 100%

Etap 7

Składniki zmieszano w następującej kolejności: woda (pH 6,5) 33%

KOH (minimum 85% ług) 21%

CH3COOH (minimum 96%) 10%

Bezwodny kwas cytrynowy C6H8O7 21 %

W tym etapie zmierzone pH wynosił o okoł o 5,8, i ci ężar wł a ś ciwy = 1,310 K2CO3 bezwodny 8%

PL 205 039 B1

K4P2O7 (minimum 99,5%) 2%

NaHCO3 (minimum 99,5%) 4%

Środek powierzchniowo czynny - Ampholak YCE Berol 1%

Odczyn pH dostosowano do korzystnej wartości za pomocą dodatkowych ilości KOH, K2CO3, albo NaHCO3, albo można także dostosować za pomocą dodatkowych ilości CH3COOK, albo kwasu octowego albo cytrynowego, jeśli jest to wymagane.

Reakcje z tego przykładu można podsumować następująco: 18OH2O+ 18KOH + 18CH3COOH = 18CH3COOK + 198H2O

18CH3COOK + 198H2O + 18KOH + 9C6H8O7 = 18CH3COOK + 9K2C6H6O7 + 216H2O = 22% +30% +48% i wliczając dodatkowe składniki będzie on przybliżony do typowych, opisanych powyżej wyników analizy.

Opóźniacz, gdy jest przechowywany w wewnętrznie zabezpieczonym otoczeniu, w zamkniętym pojemniku, w temperaturze pokojowej ma dopuszczalny okres przechowywania powyżej 2 lat. W warunkach narażenia na zewnętrzne niezabezpieczone warunki australijskiej jesieni/zimy ulegnie rozkładowi biologicznemu w ciągu mniej niż 3 miesięcy.

Pomiary temperatury, pH i ciężaru właściwego w odniesieniu do uprzednich przykładów wykazują, że pH produktu opóźniającego może być łatwo dostosowane albo buforowane do wartości od około 4,5 do 6,5, i można odnieść korzyść z tego zakresu pH w celu wytworzenia zbliżonej do obojętnej piany za pomocą znanej zasady „soda albo „soda-kwas przy użyciu odpowiednich stosunków opóźniacza do soli albo związku metalu alkalicznego, z których korzystne są wodorowęglan sodu albo potasu. Przeprowadzono eksperymenty, które pokazały, że można wytworzyć znaczną ilość piany, a pomiary pH otrzymanej piany wykazały, że pH było zbliżone do obojętnego, w zakresie od 6,5 do 7,5.

Opóźniacz według niniejszego wynalazku jest także doskonały do połączenia z innymi środkami spęczniającymi, takimi jak środki oparte na białkach albo niektóre związki fluoru z jodem i węglem (FICS), które uważa się za nietoksyczne i bezpieczne dla środowiska. Systemy sprężonej powietrzem piany (CAFS), w których stosuje się opóźniacz według niniejszego wynalazku w stężonej postaci, to jest opracowane dla minimalnej zawartości wody, która w warunkach praktycznych wynosi około 60-75% wagowych, mogą być w szczególności korzystne gdy typowy stosunek zmieszania wynosi 0,2% objętościowego koncentratu, wytwarzając pianę (średnie rozprężenie = 10) z 0,2% koncentratu, 9,98% wody i 98% powietrza.

Tak więc, kompozycje środka ogniouodporniającego wytworzone sposobami według wynalazku są oparte na reakcjach chemicznych pomiędzy kwasami organicznymi, które w pełni, naturalnie ulegają rozkładowi i zasadami nieorganicznymi, z pewnym dodatkiem substancji do stabilizowania reakcji, w celu wytworzenia soli o dobrych wł a ś ciwoś ciach endotermicznych, odpowiednich do otrzymania nietoksycznego, rozpuszczalnego w wodzie środka ogniouodporniającego, który w naturalny sposób ulega rozkładowi.

Pomimo, że wynalazek został opisany z punktu widzenia charakterystycznych postaci wykonania, które przedstawiono szczegółowo za pomocą przykładów 1 i 2, należy rozumieć, że opis ten został przedstawiony jedynie w celu objaśnienia, i że wynalazek nie jest koniecznie ograniczony do nich, skoro inne postaci wykonania i techniki wytworzenia staną się oczywiste dla fachowca po zapoznaniu się z ujawnieniem.

Odpowiednio, zaplanowane są zmiany, które mogą być wykonane bez odchodzenia, ponownie jak wskazano powyżej, od zamysłu i zakresu opisanego wynalazku.

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kompozycja ś rodka ogniouodporniają cego, wolna od biał ka i nieszkodliwa, znamienna tym, że zawiera:

   (a) wodę w ilości co najmniej wystarczającej do rozpuszczenia poniższych rozpuszczalnych w wodzie składników (b) do (e), do ilości nie wywołującej korozji, (b) wysoce stężoną zasadę wybraną z grupy składającej się z co najmniej jednego, albo ich połączenia, wodorotlenku sodu, wodorotlenku potasu i/lub wodorotlenku litu, (c) co najmniej jeden z, albo ich połączenie, bezwodnego kwasu cytrynowego, kwasu cytrynowego, kwasu octowego,

   PL 205 039 B1 (d) pirofosforan czteropotasowy, (e) sól albo związek metalu alkalicznego, wybrane z co najmniej jednego z: kationu litowego, sodowego lub potasowego w połączeniu z anionem octanowym, wodorowęglanowym, węglanowym, przy czym kompozycja jest dostosowana do wartości pH pomiędzy od 6,5 do 7,5 poprzez ilość składnika odpowiednio (b), (c) i/lub (e).
2. 2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że kwas octowy jest w postaci koncentratu o stężeniu powyżej 90%.
3. 3. Kompozycja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ż e wysoce stężona zasada wykazuje stężenie powyżej 80%.
4. 4. Kompozycja według zastrz. 3, znamienna tym, że wysoce stężoną zasadą jest wodorotlenek potasu.
5. 5. Kompozycja według zastrz. 4, znamienna tym, że ponadto zawiera bezwodny węglan potasu.
6. 6. Kompozycja według zastrz. 5, znamienna tym, że ponadto zawiera środek zmiękczający.
7. 7. Kompozycja według zastrz. 6, znamienna tym, ż e kompozycja jest dostosowywana do wynikowego ciężaru właściwego w zakresie od 1,1 do 1,4.
8. 8. Kompozycja według zastrz. 7, znamienna tym, że ma ciężar właściwy 1,3.
9. 9. Kompozycja wed ł ug dowolnego z zastrz.1-8, znamienna tym, ż e sól albo zwią zek metalu alkalicznego oznacza octan potasu.
10. 10. Kompozycja według zastrz. 6, znamienna tym, że zawiera od 28% do 38% wagowych wody.
11. 11. Kompozycja według zastrz. 10, znamienna tym, że ma od 15% do 25% wagowych wysoce stężonej zasady.
12. 12. Kompozycja według zastrz. 11, znamienna tym, że stężona zasada oznacza wodorotlenek potasu.
13. 13. Kompozycja według zastrz. 12, znamienna tym, że składnik (c) kompozycji oznacza połączenie kwasu cytrynowego i kwasu octowego.
14. 14. Kompozycja według zastrz. 13, znamienna tym, że zawiera od 8% do 13% wagowych kwasu octowego.
15. 15. Kompozycja według zastrz. 12, znamienna tym, że zawiera od 17% do 24% wagowych kwasu octowego.
16. 16. Kompozycja według dowolnego z zastrz. 1-15, znamienna tym, że zawiera od 6% do 10% wagowych węglanu potasu.
17. 17. Kompozycja według dowolnego z zastrz. 11-16, znamienna tym, że zawiera od 2% do 3% wagowych pirofosforanu czteropotasowego.
18. 18. Kompozycja według zastrz. 17, znamienna tym, że zawiera od 3% do 5% wodorowęglanu sodu.