RU2157271C1

RU2157271C1 - Aerosol-forming fire-extinguishing composition

Info

Publication number: RU2157271C1
Application number: RU99125225A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Степанов; А.П. Каменских; А.А. Старкова; В.Н. Аликин; Н.Н. Федченко; Г.Э. Кузьмицкий
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Пермский завод им. С.М. Кирова
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2000-10-10

Abstract

FIELD: fire extinguishing. SUBSTANCE: composition contains: potassium nitrate and/or perchlorate as oxidant, carbon black as combustible, inorganic binder, and phenol-formaldehyde resin. Inorganic binder may be selected from gypsum and/or liquid glass, and/or various-type cements or their mixtures with gypsum and/or liquid glass. EFFECT: increased fire- extinguishing capacity. 3 cl, 1 tbl, 13 ex

Description

Изобретение относится к области создания средств тушения пожаров. Наиболее эффективное применение в генераторах огнетушащего аэрозоля для объемного пожаротушения. The invention relates to the field of creating fire extinguishing means. The most effective use in fire extinguishing aerosol generators for volumetric fire extinguishing.

Известны аэрозолеобразующие огнетушащие составы, выделяющие при сгорании огнетушащий аэрозоль (дым) и включающие в качестве основных компонентов: окислитель - нитрат или перхлорат калия и органическое горючее или горючее-связующее (например, авт. свид. СССР N 1445739, патенты РФ N 2093226 и N 2093227, все кл. A 62 D 1/00, N 2046614, кл. A 62 C 37/00 и др.). В качестве горючего связующего, одновременно выполняющего функции и горючего, и связующего, скрепляющего компоненты состава в единый монолит, в них используются органические вещества: эпоксидные, фенолформальдегидные смолы, каучуки, пластифицированная нитроцеллюлоза и др. Aerosol-forming extinguishing compositions are known that emit fire extinguishing aerosol (smoke) during combustion and include, as the main components: an oxidizing agent - potassium nitrate or perchlorate and organic combustible or combustible binder (for example, ed. Certificate of the USSR N 1445739, RF patents N 2093226 and N 2093227, all CL A 62 D 1/00, N 2046614, CL A 62 C 37/00, etc.). As a combustible binder, which simultaneously performs the functions of both fuel and binder, fastening the components of the composition into a single monolith, they use organic substances: epoxy, phenol-formaldehyde resins, rubbers, plasticized nitrocellulose, etc.

Обладая различными огнетушащими свойствами и техническими характеристиками, все вышеназванные составы имеют общий недостаток - используемое в них органическое горючее связующее при термическом разложении выделяет вещества (в частности, водород, CO), дающие при последующем окислении пламя значительной протяженности. При использовании таких составов в генераторах огнетушащего аэрозоля без специальных механических или химических пламягасительных и температуропонижающих насадок повышается опасность использования генераторов. При определенных условиях, например в случае несанкционированного запуска, такие генераторы сами могут стать источником пожара. Применение же пламягасительных и температуропонижающих насадок значительно усложняет и удорожает конструкцию, снижает эффективность применения генераторов. Кроме того, в этом случае повышается токсичность продуктов сгорания состава из-за неполного их доокисления. Possessing various fire extinguishing properties and technical characteristics, all of the above compositions have a common drawback - the organic combustible binder used in them emits substances during thermal decomposition (in particular, hydrogen, CO), which produce a considerable flame during subsequent oxidation. When using such compositions in fire extinguishing aerosol generators without special mechanical or chemical flame arresting and temperature-reducing nozzles, the risk of using generators increases. Under certain conditions, for example in the event of an unauthorized start, such generators themselves can become a source of fire. The use of flame arresting and temperature-reducing nozzles significantly complicates and increases the cost of the design, reduces the efficiency of the use of generators. In addition, in this case, the toxicity of the combustion products of the composition increases due to their incomplete oxidation.

Известны также аэрозолеобразующие огнетушащие составы, содержащие в качестве связующего неорганические вяжущие вещества - гипс и/или жидкое стекло (патенты RU 2107524 и RU 2121857, A 62 D 1/00), характеризующиеся уменьшенным пламяобразованием при термическом разложении и позволяющие достичь беспламенной работы генераторов огнетушащего аэрозоля без применения специальных устройств температуропонижения и пламягашения. Недостатком этих составов является то, что для их воспламенения требуется мощный и продолжительный тепловой импульс, что усложняет и удорожает конструкцию генераторов аэрозоля с их использованием. Also known are aerosol-forming fire extinguishing compositions containing inorganic binders - gypsum and / or water glass as a binder (patents RU 2107524 and RU 2121857, A 62 D 1/00), characterized by reduced flame formation during thermal decomposition and allowing flameless operation of fire extinguishing aerosol generators to be achieved. without the use of special thermal reduction and flame suppression devices. The disadvantage of these compositions is that their ignition requires a powerful and continuous thermal pulse, which complicates and increases the cost of the design of aerosol generators with their use.

Наиболее близким к заявляемому является один из этих составов по патенту RU 2107524, A 62 D 1/00, принятый авторами за прототип. Состав содержит окислитель - нитрат и/или перхлорат калия, горючее - сажу и связующее - неорганические вяжущие вещества: гипс и/или жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окислитель - 58,5 - 77
Горючее - 9,0 - 11,0
Неорганические вяжущие вещества - 5 - 50
При хороших огнетушащих свойствах и пониженном пламяобразовании недостатком этого состава является плохая воспламеняемость от обычных средств инициирования.Closest to the claimed is one of these compositions according to patent RU 2107524, A 62 D 1/00, adopted by the authors for the prototype. The composition contains an oxidizing agent - potassium nitrate and / or perchlorate, fuel - soot and a binder - inorganic binders: gypsum and / or liquid glass in the following ratio, wt.%:
Oxidant - 58.5 - 77
Fuel - 9.0 - 11.0
Inorganic binders - 5 - 50
With good fire extinguishing properties and reduced flame formation, the disadvantage of this composition is poor flammability from conventional initiating agents.

Задачей изобретения является создание аэрозолеобразующего состава с пониженным пламяобразованием и улучшенной воспламеняемостью. The objective of the invention is to provide an aerosol forming composition with reduced flame formation and improved flammability.

Поставленная задача решается за счет того, что в аэрозолеобразующем огнетушащем составе, содержащем окислитель - нитрат и/или перхлорат калия, горючее - сажу и связующее - неорганические вяжущие вещества (гипс и/или жидкое стекло), в качестве горючего дополнительно используется идитол. Идитол (твердая фенолформальдегидная новолачного типа смола марки СФ-0112А) стоек к воде, имеет низкую температуру начала разложения, и его введение в состав резко улучшает воспламеняемость последнего. Измельченный идитол, используемый в составе, представляет собой порошок светло-желтого цвета. The problem is solved due to the fact that in an aerosol-forming extinguishing composition containing an oxidizing agent - potassium nitrate and / or perchlorate, fuel - soot and a binder - inorganic binders (gypsum and / or liquid glass), iditol is additionally used as fuel. Iditol (solid phenol-formaldehyde novolac type resin brand SF-0112A) is resistant to water, has a low temperature at the beginning of decomposition, and its introduction into the composition dramatically improves the flammability of the latter. The crushed iditol used in the composition is a light yellow powder.

Экспериментально установлено, что для достижения требуемых характеристик состава (огнетушащей эффективности, баллистических, физико-механических характеристик и хорошей воспламеняемости) соотношение компонентов должно находиться в пределах, мас.%:
Окислитель - 45 - 80
Горючее:
Сажа - 4,5 - 18,5
Идитол - 0,5 - 1,5
Неорганические вяжущие вещества - 5 - 50
При этом при массовой доле окислителя: ниже предельной - состав не горит, выше предельной - падают огнетушащие свойства из-за появления кислорода в продуктах разложения. При массовой доле сажи: ниже предельной ухудшаются огнетушащие свойства (из-за появления в продуктах сгорания кислорода), выше предельной - ухудшаются токсикологические характеристики из-за присутствия недоокисленных компонентов в продуктах сгорания. При массовой доле идитола: ниже предельной - ухудшается воспламеняемость, выше предельной - появляется пламя значительной протяженности при горении состава. При массовой доле неорганических вяжущих веществ: ниже предельной - не обеспечиваются требуемые физико-механические характеристики (например, прочность) состава, выше предельной - снижается эффективность состава из-за наличия избытка связующего в качестве балласта.It was experimentally established that in order to achieve the required characteristics of the composition (fire extinguishing efficiency, ballistic, physical and mechanical characteristics and good flammability), the ratio of the components should be in the range, wt.%:
Oxidant - 45 - 80
Fuel:
Soot - 4.5 - 18.5
Iditol - 0.5 - 1.5
Inorganic binders - 5 - 50
Moreover, when the mass fraction of the oxidizing agent is: below the limit, the composition does not burn, above the limit, the extinguishing properties fall due to the appearance of oxygen in the decomposition products. With a mass fraction of soot: extinguishing properties deteriorate below the limit (due to the appearance of oxygen in the combustion products), above the limit, toxicological characteristics deteriorate due to the presence of under-oxidized components in the combustion products. With a mass fraction of iditol: below the limit, the flammability deteriorates, above the limit, a flame of considerable length appears during the combustion of the composition. With a mass fraction of inorganic binders: below the limit, the required physicomechanical characteristics (for example, strength) of the composition are not provided, above the limit, the effectiveness of the composition is reduced due to the presence of an excess of binder as ballast.

Для обеспечения требуемого уровня реологических характеристик возможно введение в состав дополнительно традиционных технологических добавок, например поверхностно-активных веществ (ПАВ): сульфонатов или КМЦ (натриевой или калиевой соли карбоксиметилцеллюлозы). To ensure the required level of rheological characteristics, it is possible to introduce additional traditional technological additives, for example, surface-active substances (surfactants): sulfonates or CMC (sodium or potassium salt of carboxymethyl cellulose).

Для регулирования скорости аэрозолеобразования в состав также могут дополнительно вводиться каталитические добавки, например оксид меди (CuO), оксид (III) железа (Fe₂O₃), оксид цинка (ZnO) и др.To control the rate of aerosol formation, catalytic additives, for example, copper oxide (CuO), iron oxide (III) (Fe ₂ O ₃ ), zinc oxide (ZnO), etc. can also be added to the composition.

При этом общее количество добавок в составе должно быть в пределах 0,1-5 мас. %. Применение добавок в количестве ниже предельного не дает требуемого каталитического или технологического эффекта. Превышение же верхнего предела нецелесообразно ввиду того, что добавки становятся балластом, снижая эффективность состава. Moreover, the total amount of additives in the composition should be in the range of 0.1-5 wt. % The use of additives in an amount below the limit does not give the desired catalytic or technological effect. Exceeding the upper limit is impractical due to the fact that additives become ballast, reducing the effectiveness of the composition.

С целью повышения прочности состава гипс и/или жидкое стекло полностью или частично могут быть заменены цементом различных марок. In order to increase the strength of the composition, gypsum and / or water glass can be completely or partially replaced with various types of cement.

Аэрозолеобразующий состав готовится следующим образом. Окислитель и твердое горючее измельчаются до требуемой для обеспечения технологических характеристик дисперсности, просеиваются на ситах. Готовится водный раствор неорганического связующего с технологическими добавками. При этом массовая доля воды в этих растворах выбирается минимально необходимой для выполнения условий:
1 - полного отверждения вяжущих растворов (при использовании гипса и цемента);
2 - получения требуемых для равномерного распределения компонентов и возможности переработки массы реологических характеристик.Aerosol forming composition is prepared as follows. The oxidizing agent and solid fuel are crushed to the dispersion required to ensure technological characteristics, and sieved on sieves. An inorganic binder aqueous solution with processing aids is being prepared. In this case, the mass fraction of water in these solutions is selected as the minimum necessary to fulfill the conditions:
1 - complete curing of cementitious mortars (using gypsum and cement);
2 - obtaining the required for uniform distribution of components and the possibility of processing the mass of rheological characteristics.

Подготовленные окислитель, горючее, раствор связующего с технологическими добавками и, при необходимости, каталитические добавки дозируются в смеситель, в котором компоненты перемешиваются в течение времени, необходимого для получения массы с равномерным распределением компонентов. После смешения масса состава прессуется (проходным или глухим прессованием) или заливается в формы для получения аэрозолеобразующих зарядов (шашек) требуемых размеров. Последняя фаза процесса изготовления состава - сушка, которая может проводиться как при нормальной температуре окружающей среды, так и при повышенной (до 60^oC) температуре в сушильных шкафах.Prepared oxidizing agent, fuel, a binder solution with technological additives and, if necessary, catalytic additives are metered into a mixer in which the components are mixed for the time required to obtain a mass with a uniform distribution of components. After mixing, the mass of the composition is pressed (through or dull pressing) or poured into molds to obtain aerosol-forming charges (checkers) of the required size. The last phase of the manufacturing process of the composition is drying, which can be carried out both at normal ambient temperature and at elevated (up to 60 ^o C) temperature in ovens.

Примеры компоновки состава приведены в таблице. Воспламеняемость состава оценивалась на цилиндрических образцах состава диаметром 18 мм, длиной 50 мм. За характеристику воспламеняемости принимался интервал времени от момента начала воздействия пламени спички на торец образца состава до момента загорания состава. Как следует из таблицы, дополнительное введение в состав в качестве горючего идитола позволяет практически в пять раз улучшить воспламеняемость состава. Examples of the composition are shown in the table. Flammability of the composition was evaluated on cylindrical samples of the composition with a diameter of 18 mm and a length of 50 mm. The flammability characteristic was taken as the time interval from the moment the flame of the match began to affect the end face of the composition sample until the composition ignited. As follows from the table, an additional introduction to the composition as a combustible iditol allows almost five times to improve the flammability of the composition.

Из вариантов состава изготовлены опытные образцы зарядов генераторов огнетушащего аэрозоля. Натурные испытания показали их работоспособность и эффективность. При этом температура аэрозоля на выходе генератора без специальных насадок не превышает 600^oC. Огнетушащая эффективность состава находится в пределах 30-100 г/м³.From the compositional options, prototypes of the charges of the extinguishing aerosol generators were made. Field tests have shown their performance and effectiveness. The temperature of the aerosol at the outlet of the generator without special nozzles does not exceed 600 ^o C. The extinguishing efficiency of the composition is in the range of 30-100 g / m ³ .

Claims

1. Aerosol-forming fire extinguishing composition containing an oxidizing agent - potassium nitrate and / or perchlorate, fuel - soot and a binder - inorganic binders, characterized in that it also contains iditol as a fuel with the following components, wt.%:
Oxidant - 45.0 - 80.0
Fuel:
Soot - 4.5 - 18.5
Iditol - 0.5 - 1.5
Inorganic binders - 5.0 - 50.0
2. The composition according to claim 1, characterized in that it further comprises technological and / or catalytic additives in an amount of 0.1 to 5.0 wt.%.

3. The composition according to claim 1 or 2, characterized in that, as an inorganic binder, it contains gypsum and / or liquid glass, or various grades of cement, or a mixture thereof with gypsum and / or liquid glass.