RU2651152C1 - Method for inhibiting self-flammable organoaluminium compounds and composition for its realization - Google Patents

Method for inhibiting self-flammable organoaluminium compounds and composition for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2651152C1
RU2651152C1 RU2016146619A RU2016146619A RU2651152C1 RU 2651152 C1 RU2651152 C1 RU 2651152C1 RU 2016146619 A RU2016146619 A RU 2016146619A RU 2016146619 A RU2016146619 A RU 2016146619A RU 2651152 C1 RU2651152 C1 RU 2651152C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tiba
self
combustion
liquid phase
ignition
Prior art date
Application number
RU2016146619A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Петрович Вогман
Станислав Гургенович Габриэлян
Владимир Иванович Забегаев
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России) filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России)
Priority to RU2016146619A priority Critical patent/RU2651152C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2651152C1 publication Critical patent/RU2651152C1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C3/00Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/06Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places of highly inflammable material, e.g. light metals, petroleum products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F4/00Polymerisation catalysts
    • C08F4/42Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors
    • C08F4/44Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides
    • C08F4/52Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides selected from boron, aluminium, gallium, indium, thallium or rare earths

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods for reducing flammability and preventing self-ignition of organoaluminum compounds (OAC). To inhibit the combustion of self-inflammable triisobutylaluminum (TIBA), it is diluted with substances that reduce its combustibility in the liquid phase. As a flame retardant, increasing its autoignition temperature in the gas phase, use tetralin, or iso-propyl benzene, or diphenylmethane in the form of solvents having in their chemical structure the least strong bond of carbon with the hydrogen atom C-H. At the same time, these substances are used simultaneously as a TIBA phlegmatizer in the liquid phase, as well as a combustion inhibitor raising the self-ignition temperature in the gas phase.
EFFECT: use of an inhibitor raises the autoignition temperature and reduces the flammability of OAC, such as TIBA, which is most often used as a catalyst in the technological process of producing organic polymeric materials.
2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к способам снижения горючести и предотвращения самовоспламенения алюминийорганических соединений, что связано с ингибированием их окисления в газовой фазе соединениями с наименее прочно связанным с ними атомом водорода. В качестве ингибитора горения, повышающего температуру самовоспламенения в газовой фазе, в заявляемом техническом решении предложены: тетралин, изопропилбензол или дифенилметан.The invention relates to methods for reducing flammability and preventing self-ignition of organoaluminum compounds, which is associated with the inhibition of their oxidation in the gas phase by compounds with the least strongly bonded hydrogen atom. As a combustion inhibitor that increases the autoignition temperature in the gas phase, the claimed technical solution proposed: tetralin, isopropylbenzene or diphenylmethane.

Ранее было установлено, что окисление алюминийорганических соединений (АОС) (особенно низших гомологов) сопровождается самовоспламенением. В результате тепловыделения АОС разлагаются до мелкодисперсного алюминия, водорода и смеси углеводородных газов. Особенно нестойкими АОС являются те из них, которые в строении имеют разветвленные углеводородные радикалы. Самая высокая средняя скорость термического разложения зарегистрирована у триизобутилалюминия (ТИБА) (Н.Н. Корнеев. Химия и технология алюмиийорганических соединений. М.: Изд. «Химия». 1979 г.. 202 с.).It was previously found that the oxidation of organoaluminum compounds (AOS) (especially lower homologs) is accompanied by self-ignition. As a result of heat release, AOS decompose to finely divided aluminum, hydrogen and a mixture of hydrocarbon gases. Particularly unstable AOSs are those that have branched hydrocarbon radicals in the structure. The highest average rate of thermal decomposition was recorded for triisobutylaluminum (TIBA) (NN Korneev. Chemistry and technology of organoaluminum compounds. M: Publishing House "Chemistry". 1979, 202 p.).

Ввиду того, что механизм окисления АОС имеет цепную природу и их ингибирование осуществляется соединениями с наименее прочно связанными атомом водорода, были проведены исследования по изучению процесса торможения окисления АОС углеводородами на примере ТИБА.Due to the fact that the AOS oxidation mechanism is of a chain nature and their inhibition is carried out by compounds with the least strongly bonded hydrogen atom, studies have been conducted to study the inhibition of AOC oxidation by hydrocarbons using the example of TIBA.

Известен огнетушащий состав для тушения пожаров (Авторские свидетельства SU №1183128, опубл. 07.10.1985), применяемый для тушения легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ПК), включающий тетрафтордибромэтан (ТФДБЭ) в количестве 96-99% масс. и 1-4% масс. перфторэтиламин.Known extinguishing composition for extinguishing fires (Authorship certificate SU No. 1183128, publ. 07.10.1985), used to extinguish flammable (LVH) and combustible liquids (PC), including tetrafluorodibromoethane (TFDBE) in the amount of 96-99% of the mass. and 1-4% of the mass. perfluoroethylamine.

Известен огнетушащий состав для тушения пожаров (Авторское свидетельство SU №724145 от 07 декабря 1979 г.), предназначенный для тушения пожаров ЛВЖ и ГЖ, состоящий из 99-99,5% масс. ТФДЭ и 0,5-1% масс. хлороксида фосфора).Known extinguishing composition for extinguishing fires (Copyright Certificate SU No. 724145 of December 7, 1979), designed to extinguish fires LVZH and GZH, consisting of 99-99.5% of the mass. TFDE and 0.5-1% of the mass. phosphorus chloride).

Известен огнетушащий состав для тушения пожаров (Авторское свидетельство SU №835452 от 6 февраля 1981 г.), предназначенный для тушения ЛВЖ и ГЖ, состоящий из 98-98,5% масс. ТФДБЭ и 1,5-2% масс. циклопентадиенилтрикарбонилмарганца).Known extinguishing composition for extinguishing fires (Copyright Certificate SU No. 835452 of February 6, 1981), designed to extinguish LVH and GZ, consisting of 98-98.5% of the mass. TFDBE and 1.5-2% of the mass. cyclopentadienyltricarbonyl manganese).

Анализ этих составов по огнетушащей способности показывает, что все они способствуют повышению огнетушащей эффективности ТФДБЭ при тушении ЛВЖ и ГЖ путем повышения ингибирующего действия в газовой фазе.The analysis of these compounds by fire extinguishing ability shows that all of them contribute to increasing the fire extinguishing efficiency of TFDBE in quenching LVH and GF by increasing the inhibitory effect in the gas phase.

Известен ингибитор горения углеводород-воздушных смесей в закрытых объемах (Авторское свидетельство №981338 от 16 августа 1982 г.), состоящий из 95-95,5% масс. ТФДБЭ и 5-15% масс. бромистого бора и принятый за прототип заявляемого технического решения.Known inhibitor of the combustion of hydrocarbon-air mixtures in closed volumes (Copyright certificate No. 981338 of August 16, 1982), consisting of 95-95.5% of the mass. TFDBE and 5-15% of the mass. boron bromide and taken as a prototype of the claimed technical solution.

Как показали исследования по выбору эффективных ингибиторов горения ТИБА, этот состав можно использовать как средство предотвращения загорания ТИБА и других АОС (к которым относится и триэтилалюминий (ТЭА), при определенном соотношении ТФДБЭ и добавки бромистого бора.As studies on the selection of effective TIBA combustion inhibitors have shown, this composition can be used as a means of preventing the burning of TIBA and other AOS (which include triethylaluminium (TEA), with a certain ratio of TFDBE and boron bromide additives.

Вместе с тем этот состав является весьма токсичным продуктом.However, this composition is a very toxic product.

Задачей настоящего изобретения является повышение температуры самовоспламенения и снижение горючести АОС, таких как ТИБА, наиболее часто применяемого в качестве катализатора в технологическом процессе производства органических полимерных материалов.The objective of the present invention is to increase the temperature of autoignition and reduce the combustibility of AOS, such as TIBA, most often used as a catalyst in the technological process for the production of organic polymeric materials.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе ингибирования горения самовоспламеняющегося триизобутилалюминия, заключающемся в его разбавлении веществами, снижающими горючесть в жидкой фазе, в качестве ингибитора горения, повышающего его температуры самовоспламенения в газовой фазе, используют тетралин, или изопропилбензол, или дифенилметан в виде растворителей, имеющих в своей химической структуре наименее прочную связь углерода с атомом водорода С-Н.The essence of the proposed method lies in the fact that tetralin, or isopropylbenzene, or diphenylmethane solvents having in their chemical structure the least strong bond of carbon with the hydrogen atom С-Н.

Сущность заявляемого состава заключается в том, что в ингибиторе горения для повышения температуры самовоспламенения триизобутилалюминия, представляющего собой вещество, снижающее его горючесть в жидкой фазе, вещество, используемое одновременно как флегматизатор в жидкой фазе, так и ингибитор горения, повышающий температуру самовоспламенения в газовой фазе, содержит в качестве растворителя - тетралин, или изопропилбензол, или дифенилметан при следующих соотношениях компонентов в жидкой фазе: мас.%,The essence of the claimed composition is that in a combustion inhibitor to increase the autoignition temperature of triisobutylaluminium, which is a substance that reduces its combustibility in the liquid phase, a substance used both as a phlegmatizer in the liquid phase and a combustion inhibitor that increases the autoignition temperature in the gas phase, contains tetralin or isopropylbenzene or diphenylmethane as a solvent in the following ratios of components in the liquid phase: wt.%,

триизобутилалюминий или триэтилалюминийtriisobutylaluminum or triethylaluminum не более 60no more than 60 тетралин, или изопропилбензол, или дифенилметанtetralin, or isopropylbenzene, or diphenylmethane остальноеrest

Технический эффект, реализуемый заявляемым способом, обусловлен следующим.The technical effect realized by the claimed method is due to the following.

Разбавление ТИБА веществами, являющимися ингибиторами горения в газовой фазе, повышает его температуру самовоспламенения. При этом доминирует радикально-цепной процесс окисления АОС в присутствии растворителей, имеющих в своей химической структуре наименее прочную связь атома углерода с атомом водорода, и именно это обстоятельство лимитирует стадию присоединения О2 к радикалам со слабой С-Н связью. (Энциклопедия. Пожарная безопасность, с. 107 и 384. М., МЧС РФ, 2007, 405 с.; А.Н. Баратов. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. М. ВНИИПО МЧС России, 2003 г. 363 с.; А.Н. Баратов, И.С. Молчадский. Горение на пожаре. М. ВНИИПО МЧС России, 2011, 502 с.).Dilution of TIBA with substances that are combustion inhibitors in the gas phase increases its autoignition temperature. In this case, the radical-chain process of AOS oxidation in the presence of solvents having the least strong bond of the carbon atom with the hydrogen atom in its chemical structure dominates, and this circumstance limits the stage of the attachment of O 2 to radicals with a weak С-Н bond. (Encyclopedia. Fire Safety, pp. 107 and 384. M., Ministry of Emergency Situations of the Russian Federation, 2007, 405 p .; AN Baratov. Combustion-Fire-Explosion-Safety. M. VNIIPO EMERCOM of Russia, 2003. 363 p. ; A.N. Baratov, I.S. Molchadsky. Burning in a fire. M. VNIIPO EMERCOM of Russia, 2011, 502 p.).

Технический эффект, реализуемый заявляемым составом, обусловлен следующим.The technical effect realized by the claimed composition is due to the following.

Применение в качестве ингибитора горения АОС вещества, используемого одновременно как флегматизатор в жидкой фазе, так и ингибитор горения, повышающий температуру самовоспламенения в газовой фазе и содержащий в качестве растворителя - тетралин, или изопропилбензол, или дифенилметан, позволяет получить эффект ингибирования в радикально-цепном механизме взаимодействия АОС с этими веществами. В результате взаимодействия образуются малоактивные радикалы, легко рекомбинирующие и не склонные к реакции продолжения цепей, что позволяет прервать названную реакцию и осуществить ее полное торможение.The use as a combustion inhibitor of AOS of a substance used simultaneously as a phlegmatizer in the liquid phase and a combustion inhibitor that increases the self-ignition temperature in the gas phase and contains tetraline, or isopropylbenzene, or diphenylmethane as a solvent, allows one to obtain an inhibition effect in the radical chain mechanism AOS interactions with these substances. As a result of the interaction, low-activity radicals are formed, which easily recombine and are not prone to the chain extension reaction, which allows one to interrupt the named reaction and realize its complete inhibition.

Совершенно очевидно, что процесс ингибирования алюминийорганических соединений (АОС) в газовой фазе является цепным, поэтому, по мнению авторов изобретения, при обосновании и выборе ингибиторов горения следует исходить из этого положения.It is completely obvious that the process of inhibition of organoaluminum compounds (AOS) in the gas phase is a chain, therefore, according to the inventors, when substantiating and choosing combustion inhibitors, one should proceed from this position.

В настоящее время АОС используются в химической промышленности в виде катализаторов, в качестве которых наиболее широко применяется триизобутилалюминий (ТИБА). Этим соединениям присущи все основные свойства алюминийорганических соединений: низкая стабильность, склонность к самовоспламенению и интенсивному горению. Особенно нестойкими АОС являются те из них, которые в своем строении имеют разветвленные углеводородные радикалы.At present, AOS are used in the chemical industry in the form of catalysts, the most widely used of which are triisobutylaluminum (TIBA). All the basic properties of organoaluminum compounds are inherent in these compounds: low stability, a tendency to self-ignition and intense combustion. Particularly unstable AOSs are those that have branched hydrocarbon radicals in their structure.

Поэтому этим представителем алюминийорганических соединений авторы изобретения предлагает ограничить круг веществ в заявляемом техническим решении.Therefore, this representative of organoaluminum compounds, the inventors propose to limit the range of substances in the claimed technical solution.

Известно, что ароматические соединения (производные бензола) содержат в молекулах особую, так называемую ароматическую кольцевую группу - бензольное ядро С6. В молекуле бензола содержатся чередующиеся три двойные С=С и три одинарные С-С связи. Двойные связи указывают на ненасыщенный характер бензола. Все атомы водорода в молекуле бензола вследствие одинаковой природы связей углерод - водород в бензольном ядре равноценны. Это соединение является сравнительно стабильным, чего нельзя сказать о его производных, например таких, как тетралин (тетрагидронафталин) С10Н12, включающий в свой состав четыре бензольных кольца, дифенилметан (C5H5)2CH2, включающий в свой состав три бензольных кольца, изопропилбензол C6H5 СН2СН2СН3, включающий в свой состав одно бензольное кольцо. (Химия: справочное издание. В. Шретер, К.Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др. М. Химия, 1989, 648 с, перевод с немецкого, с. 515; Фрайштат. Реактивы и препараты. Хранение и перевозка. Практическое пособие. М., Изд. «Химия», 1977, 423 с.; Г.Т. Земский. Физико-химические и огнеопасные свойства химических соединений (Справочник в трех книгах). М., ВНИИПО МЧС России, 2009, 2016 гг.).It is known that aromatic compounds (benzene derivatives) contain a special, so-called aromatic ring group in the molecules - the C 6 benzene core. The benzene molecule contains alternating three double C = C and three single C — C bonds. Double bonds indicate the unsaturated nature of benzene. All the hydrogen atoms in the benzene molecule are equivalent due to the identical nature of the carbon - hydrogen bonds in the benzene core. This compound is relatively stable, which cannot be said about its derivatives, for example, such as tetralin (tetrahydronaphthalene) C 10 H 12 , which includes four benzene rings, diphenylmethane (C 5 H 5 ) 2 CH 2 , which includes three benzene rings, isopropylbenzene C 6 H 5 CH 2 CH 2 CH 3 , including one benzene ring. (Chemistry: a reference publication. V. Schröter, K.H. Lautenschleger, H. Bibrak et al. M. Chemistry, 1989, 648 pp., German translation, p. 515; Freistat. Reagents and preparations. Storage and transportation. Practical allowance. M., Publishing House "Chemistry", 1977, 423 pp .; G.T. Zemsky. Physico-chemical and flammable properties of chemical compounds (Handbook in three books). M., VNIIPO EMERCOM of Russia, 2009, 2016. )

Производные бензола в силу деформированности молекулы приобретают полярность, а атомы водорода подвижность. Водород в этих соединениях, имеющих в своем составе один или два атома водорода, становится мобильным и входит во взаимодействие с АОС. Поэтому в качестве ингибитора процесса окисления АОС следует использовать только производные бензола, имеющие в своем составе один или два атома водород со слабой связью С-Н. Данные по испытаниям производных бензола представлены в табл. 1 (опыты №№2-9) и в табл. 2.Derivatives of benzene due to the deformation of the molecule acquire polarity, and hydrogen atoms mobility. Hydrogen in these compounds, containing one or two hydrogen atoms, becomes mobile and interacts with AOS. Therefore, only benzene derivatives containing one or two hydrogen atoms with a weak C — H bond should be used as an inhibitor of the AOS oxidation process. Data on testing benzene derivatives are presented in table. 1 (experiments No. 2-9) and in table. 2.

Поскольку механизм окисления соединений АОС и, в частности, ТИБА, имеет цепную природу и его ингибирование осуществляется соединениями (углеводородами), у которых связь С-Н является наименее прочной.Since the mechanism of oxidation of AOC compounds and, in particular, TIBA, has a chain nature and its inhibition is carried out by compounds (hydrocarbons) in which the CH bond is the least strong.

Были проведены исследования по изучению процесса торможения окисления углеводородами ТИБА. Наиболее эффективными должны быть соединения с возможно более слабой, но в то же время доступной связью С-Н. К ним относятся следующие соединения: тетралин, изопропилбензол, дифенилметан.Studies have been conducted to study the inhibition of oxidation by hydrocarbons TIBA. The most effective compounds should be those with the weakest, but at the same time affordable CH bond. These include the following compounds: tetralin, isopropylbenzene, diphenylmethane.

Заявляемое техническое решение может быть реализовано с учетом следующих сведений.The claimed technical solution can be implemented taking into account the following information.

Пожаровзрывоопасность АОС обусловлена их высокой реакционной способностью, большим значением теплоты сгорания (~42 103 кДж/кг) и проявляется в склонности к самовоспламенению и интенсивному горению. Их концентрированные растворы обладают резко выраженными пирофорными свойствами: самовоспламенение этих соединений в воздухе происходит при весьма низких температурах, а диапазон воспламенения между нижним и верхним температурными пределами шире, чем у соответствующих углеводородов. Например, чистый (100% основного вещества, масс.) ТИБА (Al (изо-С4Н9)3 имеет температуру самовоспламенения минус 40°C, концентрационные пределы распространения пламени 1,6-8,7% (об.), в то время как изобутан самовоспламеняется при температуре 460°C, а диапазон распространения пламени от 1,8 до 8,4% (об.). Другой пример. Температура самовоспламенения триэтилалюминия (99,7% масс. основного вещества) равна минус 68°C, а температура самовоспламенения этана составляет 472°C. (Н.Н. Корнеев. Химия и технология алюмиийорганических соединений. М.: Изд. «Химия». 1979 г.. 204 с.; А.Я. Корольченко. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения Справочник, части 1 и 2. М. Ассоциация «Пожнаука»., 2000 г.). При самовоспламенении АОС вначале отмечается интенсивное образование белых паров с бурным самонагреванием и искрением, которое в дальнейшем переходит в пламенное горение. Обогащение паровой фазы АОС кислородом приводит к снижению температуры самовоспламенения, а снижение его концентрации в атмосфере - к повышению температуры. Так, высококонцентрированные АОС могут самовоспламеняться при комнатной температуре при содержании в сосуде всего 5-6% (об.) кислорода (Н.Н. Корнеев. Химия и технология алюмиийорганических соединений. М. Изд. «Химия». 1979 г.. 204 с.).The fire and explosion hazard of AOS is due to their high reactivity, high value of heat of combustion (~ 42 10 3 kJ / kg) and is manifested in a tendency to self-ignition and intense combustion. Their concentrated solutions have pronounced pyrophoric properties: self-ignition of these compounds in air occurs at very low temperatures, and the ignition range between the lower and upper temperature limits is wider than that of the corresponding hydrocarbons. For example, pure (100% of the main substance, mass.) TIBA (Al (iso-С 4 Н 9 ) 3 has a self-ignition temperature of minus 40 ° C, the concentration limits of flame propagation are 1.6-8.7% (vol.), In while isobutane spontaneously ignites at a temperature of 460 ° C and a flame propagation range of 1.8 to 8.4% (vol.). Another example: the temperature of auto-ignition of triethylaluminium (99.7% by weight of the basic substance) is minus 68 ° C , and the self-ignition temperature of ethane is 472 ° C. (NN Korneev. Chemistry and technology of organoaluminum compounds. M: Publishing house "Chemistry". 1979, 204 p .; . I. Korolchenko. Fire and explosion hazard of substances and materials and their extinguishing Handbook, parts 1 and 2. M. Association of Pozhnauka., 2000). When self-igniting AOS, intense white vapor formation with rapid self-heating and sparking, which in Afterwards, it enters into flame combustion, enrichment of the AOC vapor phase with oxygen leads to a decrease in the self-ignition temperature, and a decrease in its concentration in the atmosphere leads to an increase in temperature. So, highly concentrated AOS can spontaneously ignite at room temperature with only 5-6% (vol.) Oxygen in the vessel (NN Korneev. Chemistry and technology of organoaluminum compounds. M. Publishing House "Chemistry". 1979. 204 s .).

Ингибирование процессов жидкофазного окисления горючих веществ возможно лишь в том случае, если эти процессы имеют радикально-цепной характер.Inhibition of the processes of liquid-phase oxidation of combustible substances is possible only if these processes are of a radical-chain nature.

Согласно современным представлениям о радикально-цепном механизме окисления углеводородов ((Е.Т. Денисов, Н.М. Эмануэль. Успехи химии. №27. Т. 365. 1958 г.; Н.М. Эмануэль, Е.Т. Денисов, З.К. Майзус «Цепные реакции окисления углеводородов в жидкой фазе». М. Изд. «Наука». 1965 г.; А.С. Соколик. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М. Изд. АН СССР. 1960. 427 с, глава 2) этот процесс осуществляется в результате чередования двух реакцийAccording to modern ideas about the radical-chain mechanism of hydrocarbon oxidation ((E.T. Denisov, N.M. Emanuel. Advances in Chemistry. No. 27. T. 365. 1958; N.M. Emanuel, E.T. Denisov, ZK Mayzus “Chain reactions of hydrocarbon oxidation in the liquid phase.” M. Publishing House “Science.” 1965; AS Sokolik. Self-ignition, flame and detonation in gases. M. Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1960. 427 s, chapter 2) this process is carried out as a result of the alternation of two reactions

Figure 00000001
Figure 00000001

где RH - любое соединение, обладающее связью С-Н с достаточно подвижным атомом водорода.where RH is any compound having a CH bond with a sufficiently mobile hydrogen atom.

Если, вводя в реакцию какое-либо вещество, можно создать конкуренцию реакции ROO*+RH ROOH+R* за счет более быстрого взаимодействия по реакциямIf, by introducing a substance into the reaction, it is possible to create competition for the reactions ROO * + RH ROOH + R * due to a faster reaction interaction

Figure 00000002
Figure 00000002

то в результате образуются малоактивные радикалы, легко рекомбинирующие и не склонные к реакции продолжения цепей и окисление можно полностью затормозить.then, as a result, inactive radicals are formed that easily recombine and are not prone to chain extension reactions and oxidation can be completely inhibited.

Таким образом, ингибирование определяется участием ингибитора в реакции продолжения цепей. Взаимодействие радикала с ингибитором может идти по двум механизмам, определяемым реакциями (3) и (4). Скорость реакции (3) зависит от прочности связи In-Н. Наиболее активными ингибиторами этого типа будут соединения с наименее прочно связанными с ними атома водорода, такими как производные бензола. Именно эти соединения и следует применять на практике для ингибирования углеводородов.Thus, inhibition is determined by the participation of the inhibitor in the chain extension reaction. The interaction of the radical with the inhibitor can follow two mechanisms determined by reactions (3) and (4). The reaction rate (3) depends on the In-H bond strength. The most active inhibitors of this type will be compounds with the least strongly bonded hydrogen atoms, such as benzene derivatives. It is these compounds that should be used in practice for the inhibition of hydrocarbons.

В основе механизма по реакции (4) лежит образование донорно-акцепторной связи между радикалом и ингибитором. Для того чтобы связь образовалась, нужен ингибитор, обладающий свободными уровнями энергии, способными взаимодействовать со свободной валентностью.The mechanism of reaction (4) is based on the formation of a donor – acceptor bond between the radical and the inhibitor. In order for the bond to form, you need an inhibitor with free energy levels that can interact with free valency.

Соединениями с подобными свойствами как раз и являются многоядерные ароматические углеводороды с электрофильными заместителями.Compounds with similar properties are multicore aromatic hydrocarbons with electrophilic substituents.

Таким образом, действие ингибиторов как по реакции (3), так и по реакции (4) основано на взаимодействии их с радикалами, т.е. сфера их действия возможна при радикально-цепном механизме окисления АОС.Thus, the action of inhibitors both in reaction (3) and in reaction (4) is based on their interaction with radicals, i.e. their scope is possible with the radical chain mechanism of AOS oxidation.

Результаты многочисленных исследований, обзор которых представлен в монографии Н.Н. Корнеева. Химия и технология алюмиийорганических соединений. М.: Изд. «Химия». 1979 г., 255 с (с. 85-91), свидетельствует о цепном механизме окисления АОС.The results of numerous studies reviewed in a monograph by N.N. Korneeva. Chemistry and technology of organoaluminum compounds. M .: Publishing. "Chemistry". 1979, 255 s (p. 85-91), indicates a chain mechanism of AOS oxidation.

На первом этапе при окислении АОС образуются пероксиды состава:At the first stage, during the oxidation of AOS, peroxides of the composition are formed:

R3Al+O2=R2AlOOR,R 3 Al + O 2 = R 2 AlOOR,

которые затем перегруппировываются в алюминийалкоксисоединения:which are then rearranged into aluminum alkoxy compounds:

R3Al+R2AlOOR=2R2AlOR.R 3 Al + R 2 AlOOR = 2R 2 AlOR.

Образовавшиеся пероксиды претерпевают различные превращения, включая бимолекулярное диспропорционирование и внутримолекулярные перегруппировки. При окислении АОС образуются углеводороды (парафины, альдегиды и эфиры). Образование углеводородов объясняется частичным протеканием реакции по свободно-радикальному механизму или в результате образования димерных углеводородов по тримолекулярной реакции.The resulting peroxides undergo various transformations, including bimolecular disproportionation and intramolecular rearrangements. During the oxidation of AOS, hydrocarbons are formed (paraffins, aldehydes and ethers). The formation of hydrocarbons is explained by the partial course of the reaction by the free-radical mechanism or as a result of the formation of dimeric hydrocarbons by the trimolecular reaction.

Поскольку механизм окисления АОС имеет цепную природу и их ингибирование осуществляется соединениями с наименее прочно связанными атомом водорода, были проведены исследования по изучению процесса торможения окисления АОС углеводородами на примере ТИБА.Since the mechanism of AOS oxidation is of a chain nature and their inhibition is carried out by compounds with the least strongly bound hydrogen atom, studies have been conducted to study the process of inhibition of AOC oxidation by hydrocarbons using the example of TIBA.

На основании проведенных исследований был выбран следующий класс растворителей: бензол (инертный растворитель - для сравнения), тетралин, изопропилбензол, дифенилметан (ДФМ), расположенные в порядке уменьшения прочности связи С-Н.Based on the studies, the following class of solvents was selected: benzene (an inert solvent for comparison), tetraline, isopropylbenzene, diphenylmethane (DFM), arranged in order of decreasing C — H bond strength.

Критерием оценки ингибирующей способности составов служил факт невоспламенения смеси АОС с добавками тетралина или ДФМ.The criterion for assessing the inhibitory ability of the compositions was the fact of non-ignition of the mixture of AOS with the addition of tetralin or DPM.

Испытания проводились в лабораторных условиях при комнатной температуре (20°C) в реакционном сосуде емкостью 500 мл. Концентрированный (99% ТИБА) передавливался из металлической емкости в стеклянный сосуд с помощью газообразного азота (особой очистки). Далее с помощью азота в реакционный сосуд заливался растворитель (ДФМ или тетралин) в определенном количестве и перемешивался с ТИБА с помощью стеклянной мешалки, которая крепилась на крышке сосуда. При вскрытии крышки реакционного сосуда происходило (или не происходило) воспламенение смеси ТИБА с растворителем. Загорание смеси фиксировалось визуально, а также по повышению температуры внутри сосуда с помощью термопары.The tests were carried out under laboratory conditions at room temperature (20 ° C) in a 500 ml reaction vessel. Concentrated (99% TIBA) was transferred from a metal container into a glass vessel using nitrogen gas (special purification). Then, with the help of nitrogen, a certain amount of solvent (DFM or tetralin) was poured into the reaction vessel and mixed with TIBA using a glass stirrer, which was mounted on the lid of the vessel. When the lid of the reaction vessel was opened, ignition of the mixture of TIBA with the solvent occurred (or did not occur). The ignition of the mixture was recorded visually, as well as by increasing the temperature inside the vessel using a thermocouple.

Результаты испытаний по определению концентрации добавок (ДФМ, тетралин), при которых происходит (или не происходит) самовоспламенение смеси с ТИБА, представлены в табл. 1.The test results for determining the concentration of additives (DFM, tetralin), at which the mixture with TIBA occurs (or does not occur), are presented in table. one.

Figure 00000003
Figure 00000003

Как видно из данных табл. 1, добавки ДМФ и тетралина снижают интенсивность самовоспламенения ТИБА. Критическая концентрация добавок, при которой самовоспламенение ТИБА не происходит, составляет 47,5% масс.As can be seen from the data table. 1, additives of DMF and tetralin reduce the self-ignition intensity of TIBA. The critical concentration of additives, at which spontaneous ignition of TIBA does not occur, is 47.5% of the mass.

Радикально-цепной характер окисления АОС в присутствии растворителей подтверждается аналитически по результатам проведенных опытов.The radical-chain nature of the oxidation of AOS in the presence of solvents is confirmed analytically according to the results of experiments.

Были построены кривые изменения температуры во времени при взаимодействии в заданных условиях растворителя и ТИБА. Из уравнения теплового баланса, составленного из равенства скорости химической реакции (по уравнению Аррениуса) и теплоотвода (по уравнению Ньютона), определяли значение энергии активации и порядок реакции.The curves of the temperature change over time during the interaction under the given conditions of the solvent and TIBA were constructed. From the heat balance equation, made up of the equality of the chemical reaction rate (according to the Arrhenius equation) and heat removal (according to Newton's equation), the value of the activation energy and the reaction order were determined.

В вычислениях использовали начальную часть кривой зависимости температуры разогрева во времени, где влиянием конечных продуктов на скорость реакции можно пренебречь.In the calculations, we used the initial part of the curve of the dependence of the heating temperature over time, where the influence of the final products on the reaction rate can be neglected.

В результате обработки экспериментальных данных были установлены зависимости константы скорости изменения концентрации ТИБА и скорости расходования ТИБА во времени.As a result of processing the experimental data, the dependences of the rate constant of the TIBA concentration change and the TIBA consumption rate in time were established.

Полученные данные по значениям энергии активации и порядка реакции, полученные из зависимости константы скорости изменения концентрации и скорости расходования ТИБА после усреднения, сведены в табл. 2.The obtained data on the values of the activation energy and the order of the reaction, obtained from the dependence of the rate constant of the concentration change and the rate of consumption of TIBA after averaging, are summarized in table. 2.

Figure 00000004
Figure 00000004

Анализ данных табл. 2 показывает, что применение растворителей с непрочной связью влияет на ход реакции: энергия активации возрастает, порядок реакции снижается. Если для бензола порядок реакции составляет ~1, то для остальных он дробный и близок к 0,5. Эти данные свидетельствуют о радикально-цепном характере процесса окисления ТИБА в присутствии растворителей и именно этот процесс лимитирует стадию присоединения О2 к радикалам со слабой С-Н связью. Одновременно подтверждается, что самовоспламенение ТИБА можно предотвратить, применяя в этих целях следующие соединения: тетралин, изопропилбензол, дифенилметан со слабой С-Н связью.Data analysis table. 2 shows that the use of solvents with a weak bond affects the course of the reaction: the activation energy increases, the reaction order decreases. If for benzene the reaction order is ~ 1, then for the rest it is fractional and close to 0.5. These data indicate the radical-chain nature of the TIBA oxidation process in the presence of solvents, and it is this process that limits the stage of addition of O 2 to radicals with a weak С-Н bond. At the same time, it is confirmed that TIBA spontaneous combustion can be prevented by using the following compounds for this purpose: tetralin, isopropylbenzene, diphenylmethane with a weak CH bond.

Предлагаемый состав для ингибирования окисления ТИБА с повышением их температуры самовоспламенения и одновременно для снижения пожарной опасности концентрированных растворов ТИБА путем флегматизации их растворителями со слабой С-Н связью до концентраций, не самовоспламеняющихся при обычных условиях растворов АОС, имеет перспективы использования вышеприведенных добавок при обычных условиях.The proposed composition for inhibiting the oxidation of TIBA with an increase in their autoignition temperature and at the same time for reducing the fire hazard of concentrated TIBA solutions by phlegmatizing them with solvents with a weak CH bond to concentrations not self-igniting under ordinary conditions of AOC solutions has the prospects of using the above additives under ordinary conditions.

Claims (3)

1. Способ ингибирования горения самовоспламеняющегося триизобутилалюминия, заключающийся в его разбавлении веществами, снижающими горючесть в жидкой фазе, отличающийся тем, что в качестве ингибитора горения, повышающего его температуру самовоспламенения в газовой фазе, используют тетралин, или изопропилбензол, или дифенилметан в виде растворителей, имеющих в своей химической структуре наименее прочную связь углерода с атомом водорода С-Н.1. A method of inhibiting the combustion of self-igniting triisobutylaluminum, which consists in diluting it with substances that reduce flammability in the liquid phase, characterized in that tetraline, or isopropylbenzene, or diphenylmethane in the form of solvents, are used as a combustion inhibitor that increases its autoignition temperature in the gas phase in its chemical structure, the least strong bond of carbon with the hydrogen atom is CH. 2. Ингибитор горения для повышения температуры самовоспламенения триизобутилалюминия, представляющий собой вещество, снижающее его горючесть в жидкой фазе, отличающийся тем, что вещество, используемое одновременно как флегматизатор в жидкой фазе, так и ингибитор горения, повышающий температуру самовоспламенения в газовой фазе, содержит в качестве растворителя тетралин, или изопропилбензол, или дифенилметан при следующих соотношениях компонентов в жидкой фазе: мас.%,2. A combustion inhibitor to increase the auto-ignition temperature of triisobutylaluminium, which is a substance that reduces its combustibility in the liquid phase, characterized in that the substance used both as a phlegmatizer in the liquid phase and a combustion inhibitor that increases the autoignition temperature in the gas phase, contains as solvent tetralin, or isopropylbenzene, or diphenylmethane in the following ratios of components in the liquid phase: wt.%, триизобутилалюминийtriisobutylaluminum не более 60no more than 60 тетралин или изопропилбензол, или дифенилметанtetralin or isopropylbenzene or diphenylmethane остальное rest
RU2016146619A 2016-11-28 2016-11-28 Method for inhibiting self-flammable organoaluminium compounds and composition for its realization RU2651152C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146619A RU2651152C1 (en) 2016-11-28 2016-11-28 Method for inhibiting self-flammable organoaluminium compounds and composition for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146619A RU2651152C1 (en) 2016-11-28 2016-11-28 Method for inhibiting self-flammable organoaluminium compounds and composition for its realization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2651152C1 true RU2651152C1 (en) 2018-04-18

Family

ID=61976837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016146619A RU2651152C1 (en) 2016-11-28 2016-11-28 Method for inhibiting self-flammable organoaluminium compounds and composition for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2651152C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787227C2 (en) * 2018-11-27 2022-12-30 Борис Петрович Перепеченко Aerosol-generating fire-fighting compositions, their application and industrial methods for manufacturing products-charges

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU159838A1 (en) *
SU981338A1 (en) * 1981-06-29 1982-12-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД СССР Combustion inhibitor
WO1994022536A1 (en) * 1993-03-29 1994-10-13 Cheng Sing Wang Prevention of unwanted fire
EA006764B1 (en) * 2001-07-06 2006-04-28 Грейс Гмбх Унд Ко. Кг Organic-containing particulate having elevated auto-ignition temperatures
KR100873652B1 (en) * 2008-05-01 2008-12-15 주식회사 에이스산업 Coating material for retarding flame, manufacturing method of the same, and flame-retarding method of expanded polystyrene particle using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU159838A1 (en) *
SU981338A1 (en) * 1981-06-29 1982-12-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД СССР Combustion inhibitor
WO1994022536A1 (en) * 1993-03-29 1994-10-13 Cheng Sing Wang Prevention of unwanted fire
EA006764B1 (en) * 2001-07-06 2006-04-28 Грейс Гмбх Унд Ко. Кг Organic-containing particulate having elevated auto-ignition temperatures
KR100873652B1 (en) * 2008-05-01 2008-12-15 주식회사 에이스산업 Coating material for retarding flame, manufacturing method of the same, and flame-retarding method of expanded polystyrene particle using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787227C2 (en) * 2018-11-27 2022-12-30 Борис Петрович Перепеченко Aerosol-generating fire-fighting compositions, their application and industrial methods for manufacturing products-charges

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Micro-characteristics of low-temperature coal oxidation in CO2/O2 and N2/O2 atmospheres
Zabetakis et al. Minimum spontaneous ignition temperatures of combustibles in air
Li et al. Synergistic effect of phosphorus, nitrogen, and silicon on flame‐retardant properties and char yield in polypropylene
Hiatt et al. Homolytic decompositions of hydroperoxides. I. Summary and implications for autoxidation
Razus et al. Propagation indices of methane-nitrous oxide flames in the presence of inert additives
Azatyan et al. Promotion and inhibition of the combustion of methane in oxidative gases with various oxygen concentrations by fluorinated hydrocarbons
GB577841A (en) Controlled oxidation of branched chain hydrocarbons and halo-substituted branched chain hydrocarbons
RU2651152C1 (en) Method for inhibiting self-flammable organoaluminium compounds and composition for its realization
Tregubov et al. Cluster Mechanism of the Explosive Processes Initiation in the Matter
Affens et al. Effect of Chemical Structure on Spontaneous Ignition of Hydrocarbons.
US3186810A (en) Stabilized distillate fuel oils and additive compositions therefor
US2030070A (en) Manufacture of acetylene
US3706181A (en) Process for the safe handling of c{11 {11 and c{11 {11 acetylenic hydrocarbons
US2063133A (en) Treatment of hydrocarbon gases
US3015677A (en) Process for the stabilization of chloroprene
Smith et al. A study of fire‐retardant mechanisms in the gas phase by FTIR spectroscopy
Azatyan et al. Inhibiting the combustion of air-methane mixtures
US2378341A (en) Diesel fuel
Williams et al. Concentration limits for n-butane low temperature flames
RU2385750C1 (en) Non-flammable and explosion-proof methane-air mixture
Azatyan et al. Effect of self-inhibition at a flame propagation in rich gaseous mixtures of combustible–air–diluent
US3177150A (en) Treatment gas and system for its generation
RU2139918C1 (en) Hydrogen-based fuel
McNesby et al. REACTIONS OF FREE RADICALS
US1864196A (en) Process for the preparation of acetylene and ethylene