UA137115U

UA137115U - Застосування гуанідинових полімерів для превентивної протипожежної обробки лісових насаджень

Info

Publication number: UA137115U
Application number: UAU201901513U
Authority: UA
Inventors: Тетяна Вячеславівна Магльована; Віктор Володимирович Долін
Original assignee: Державна Установа "Інститут Геохімії Навколишнього Середовища Нан України"
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Застосування водного розчину гуанідинових полімерів, які одночасно мають властивості поліелектроліту та поверхнево-активної речовини, як протипожежної суміші для превентивної обробки лісових насаджень, при температурі менше 350 °C для уповільнення швидкості горіння на початковій стадії, а при температурі більше 350 °C для інгібування активних центрів полум'я в реакціях радикального механізму горіння.

Description

Корисна модель належить до застосування протипожежних вогнезахисних водних сумішей для попередньої обробки лісових горючих матеріалів, локалізації й запобігання лісових пожеж, прокладання профілактичних загороджувальних вогнезахисних смуг, загороджувальних смуг безпосередньо перед кромкою пожежі і опорних смуг на лісових масивах.

Найбільш ефективними для запобігання лісових пожеж вважаються розчини неорганічних солей амоній фосфату та амоній сульфату (1-2), (Патент США 4971728).

Перевагами відомих сумішей є здатність утворювати на поверхні горючого матеріалу непроникної для кисню плівки поліфосфатів. Компоненти таких складів крім властивостей антипіренів одночасно проявляють властивості мінеральних добрив ((МНа)2НРО).

Проте відомі суміші мають низьку атмосферостійкість, оскільки після випаровування води захисний шар стає рихлим і під дією атмосферних опадів із нього легко вимиваються розчинні речовини.

Відомо суміші на основі розчинних солей кальцію з хлоридами, сульфатами інших металів (Патент США 4950410) та на основі бішофоту (51.

Перевагами відомих сумішей є добра розчинність їх у воді, наявність компонентів мінеральних добрив, зручність у використанні, на момент приготування вони є активними антипіренами.

Основними недоліками відомих сумішей на основі розчинних солей є висока вартість і низька атмосферостійкість.

Для більш тривалого вогнезахисту лісових горючих матеріалів застосовують нерозчинні сполуки у вигляді дисперсій на основі природного глинистого мінералу (бентонітової глини), фосфогіпсу |6), (А. с. СССР 1077912, Патент ВУ 18478).

Перевагами цих сумішей є можливість використання технологічних відходів мінеральних добрив. Основними недоліками відомих вогнезахисних сумішей на основі дисперсій є їхня погана адгезія до лісових горючих матеріалів, низька стійкість та в'язкість і як наслідок, низька вогнезахисна здатність, а також необхідність ретельного подрібнення під час приготування, оскільки під час розпилення можливе засмічення отворів розпилювача.

Відомо вогнезахисні суміші, що використовуються для захисту лісових масивів від пожеж, в тому числі за допомогою авіації, на основі полімерних загусників: співполімерів акрилової кислоти, поліетиленгліколів, модифікованих поліакриламідів, ефірів поліетилену, поліетиленоксидів, карбоксиметилцелюлози, модифікованих полісахаридів гуара, поліоксіетиленсорбіту, моноолеату, природних полісахаридів (9-10.

Перевагами таких сумішей є збільшення в'язкості розчину, зменшення величини розпилення та втрат від випаровування і знесення вітром, що дозволяє збільшити довжину вогнезахисної смуги за рахунок отримання компактного струменя. Основними недоліками є недостатня економічність.

Для збільшення змочувальної здатності розчинів та підвищення вогнезахисної ефективності використовують поверхнево-активні речовини (ПАР) різної природи |2, 5, 9), (Патенти ВУ 2149,

ВУ 1326).

Перевагами таких сумішей є зменшення поверхневого натягу, збільшення в'язкості та зменшення лінійної швидкості горіння. Недоліками - є недостатня економічність використання та низька атмосферостійкість.

Відомо суміш для профілактики, локалізації лісових пожеж і/або боротьби з ними (Патент ВУ 2149), що являє собою дисперсію амонійних фосфатів алюмінію і цинку в істинному розчині діамонію фосфату за наступного складу компонентів: АІг2Оз: 7п0: Р2О5:51О2:МНз-1,0: 2,4: 17,3: 1,0: 3,9 серійно виготовляється в Білорусі під торговою назвою "Метафосил" (базовий склад).

Перевагами цієї суміші є зменшення виходу попелу в 2-3 рази протягом згорання обробленої деревини, а також забарвлення в білий колір прокладеної мінералізованої смуги.

Проте ця суміш має наступні недоліки: висока вартість, що обумовлена використанням для його синтезу сполук цинку, використання агресивної (водний розчин амоніаку, 62-65 95 розчину ортофосфатної кислоти) сировини, велика громіздкість та токсичність операцій (золь-гель метод синтезу), нагрівання суміші за температури 100-105"С за умови інтенсивного перемішування, погана адгезія до лісових горючих матеріалів, низька стійкість та в'язкість і як наслідок, низька вогнезахисна здатність.

Як найближчий аналог вибрана композиція для отримання вогнезахисно-вогнегасного складу для боротьби з лісовими або торф'яними пожежами (Патент ВУ 1326). Найбільш близький аналог потребує використання токсичних речовин (оксидів алюмінію та цинку, амонію гідроксиду, натрію гідроксиду, лаурилсульфату або алкілсульфонату натрію). Основними його недоліками є недостатня економічність та складність операцій синтезу. Крім цього термін 60 зберігання робочого (10 95) розчину складає лише 30 діб.

В основу корисної моделі поставлена задача отримання економічної, ефективної, стійкої до тривалого зберігання, екологічно безпечної водної суміші для превентивної обробки лісових горючих матеріалів, яку можливо серійно виготовляти в Україні.

Поставлена задача вирішується застосуванням водного розчину полімерної поверхнево- активної речовини (ПАР) гуанідинового ряду для превентивної обробки лісових горючих матеріалів. При температурі горіння менше 350 "С гуанідинові полімери застосовуються для уповільнення швидкості горіння. При температурі більше 350"С гуанідинові полімери застосовуються для інгібування активних центрів полум'я в реакціях радикального механізму горіння.

У протипожежних сумішах полігексаметиленгуанідин (ПГМГ) застосовується у вигляді його розчинної сольової форми: бно

МН. х п (де Х - НСІ або НгРО», п-30-90) полігексаметиленгуанідин фосфату (ПГМГФ) під торговою назвою "Гембар" або полігексаметиленгуанідин гідрохлориду (ПГМГ-ГХ) під торговою назвою "Акватон" або полігексметиленгуанідин фосфат карбаміду під торговою назвою ФСГ-1, що додатково може містити карбамід, ортофосфатну кислоту та воду за наступного співвідношення компонентів, мас. 9о: полігексаметиленгуанідин 0,01-35 фосфат (пдрохлорид) карбамід 3-50 ортофосфатна кислота 5-10 вода решта.

Солі ПГМГ є високомолекулярними похідними специфічної нітрогенвмісної сполуки - гуанідину, що належить до класу сильних поліоснов та є поліелектролітом, що містить іоногенні гуанідинові та гексаметиленові групи, які обумовлюють здатність до адсорбції на границі розподілу фаз разом із зменшенням поверхневого натягу води (|13-141|.

В інтервалі температур 25-350 "С ПГМГ є термостійким полімером (14-15), що уповільнює швидкість горіння на початковій стадії, а вище 350 "С ПГМГ розкладається на горючій поверхні з утворенням великої кількості нітрогенвмісних ((МНа", МН", МН", МН, МО», МОг", МОз")) іонів, які, вступаючи в реакції радикального механізму горіння інгібують активні центри полум'я 15). Для фосфоровмісних гуанідинових сполук наявність іонів (НеРОг, НРОг, РОз, РО», РО, Рю»,

Рг2Оз) підвищує ефективність як до гомогенного, так і до гетерогенного інгібування ланцюгових реакцій горіння (151.

Зо Крім того солі ПГМГ є екологічно безпечними речовинами, широко використовуються. у медицині як антисептичні, антибактеріальні та лікувальні засоби (Патент НО228732502, ВИ 264846902, МО пИг241102802), належать до ІМ класу токсичності (13), що дозволяє вирішити екологічну задачу і відмовитися від шкідливих речовин, які застосовувалися раніше.

Причинно-наслідковий зв'язок ознак, які складають суть корисної моделі, з технічним результатом, який досягається, пояснюється наступним.

Лісові горючі матеріали є полімером рослинного походження, що складається із суміші природних полімерів: целюлози, лігніну, геміцелюлози (16)Ї. У середньому в деревині хвойних порід міститься 48-56 95 целюлози, 26-30 90 лігніну, 23-26 95 геміцелюлози (|15). Оскільки поверхня лісових горючих матеріалів побудована з аніоноактивних макромолекул і має негативний заряд, то до такої поверхні спорідненими є матеріали, які мають позитивний заряд, тобто катіоноактивні макромолекули, а саме солі ПГМГ, що проявляють одночасно властивості катіонної поверхнево-активної речовини та четвертинної амонійної солі. Полімерна плівка ПГМГ має високу адгезію до аніоноактивно заряджених матеріалів, тобто до лісових (целюлозовмісних) горючих матеріалів (13).

Гуанідинові полімери досить легко вступають в хімічні реакції з целюлозовмісними матеріалами з утворенням сітчастих інтерполімерних комплексів і ковалентно-зв'язаних інтерполімерів, які після висихання утворюють на поверхні водостійкі полімерні плівки з високими характеристиками міцності і пролонгованим біоцидним ефектом (13), що обумовлено наявністю в складі ПГМГ гуанідинових груп, які об'єднані в загальний полімерний ланцюг, але в хімічній взаємодії завжди бере участь лише частина з них, а вільні групи надають речовині біоцидних властивостей, що особливо актуально для проведення профілактичних заходів з метою захисту лісових насаджень від шкідників.

Модифікацію запропонованого складу на поверхню лісових горючих матеріалів проводили шляхом розпилення солей ПГМГ на поверхню лісових горючих матеріалів.

Хвойні лісові насадження, крім бар'єрної функції накопичення радіонуклідів у весняно-літній період стають інтенсивно сухими, а ефірні масла, смола та каніфоль, під дією температури вище 40 "С розм'якшуються і прозорими краплинами виступають на поверхню деревини.

Під дією світла на повітрі вони швидко окиснюються та виділяються з деревини перетворюючись на тверді краплеподібні кульки зі скловидною структурою. Під час дії на них світлових променів сонця за температури вище 40 "С ці затверділі прозорі скловидні кульки ефірних масел, каніфолі та смоли, що виділяються з дерева на його поверхню у вигляді крапель, внаслідок скловидної структури і прозорості, виконують функцію "оптичних лінз", світловий промінь сонця, в яких концентрується у точкове джерело енергії, яке може приводити до самозаймання верхівок сухих соснових дерев, живиці тощо І17|Ї. Застосування способу оброблення поверхні хвойних насаджень шляхом розпилення солей ПГМГ зменшує кількість смолянистих утворень, що підтверджується ІЧ-спектроскопією.

Вплив атмосферних опадів на полімерну плівку вогнезахисного складу сприяє поступовому її гідролізу та розчиненню, з утворенням нітроген- та фосфорвмісних мінеральних сполук, що сприяють прискореному зростанню рослинності, яка стає природною перешкодою на шляху просування фронту вогню в разі виникнення пожежі.

Склад для превентивної обробки лісових горючих матеріалів, що заявляється отримують розчиненням у воді реагентів "Акватон", "Гембар" або "ФСГ-1" у співвідношеннях 1:1; 1:2, 1:3; 1:4 до отримання однорідного розчину.

Нижче наведено приклади рецептур складу, що заявляється і результати лабораторних досліджень їхніх вогнезахисних властивостей.

Приклад 1. У воді розчиняють реагент "Акватон" у співвідношенні 1:11 до отримання однорідного розчину.

Приклад 2. У воді розчиняють реагент "Гембар" у співвідношенні 1:11 до отримання однорідного розчину.

Приклад 3.

У воді розчиняють ФСГ-1 у співвідношенні 1:2 до отримання однорідного розчину.

Приклад 4. У воді розчиняють ФСГ-1 у співвідношенні 1:3 до отримання однорідного розчину

Приклад 5. У воді розчиняють ФСГ-1 у співвідношенні 1:4 до отримання однорідного розчину

У таблиці наведено результати лабораторних досліджень у відповідності з прикладами 1-5 за показниками вогнезахисної ефективності по відношенню до лісових горючих матеріалів.

Вогнезахисну ефективність визначали за наступними критеріями: втрата маси вогнезахисного зразка лісового горючого матеріалу (до першої групи вогнезахисної ефективності відносять суміші, оброблення якими приводить до втрати маси лісових горючих матеріалів після вогневих випробувань не більше 9 95, до другої групи - якщо втрата маси складає від 9 до 25 95); лінійна швидкість поширення полум'я (це швидкість поширення полум'я по поверхні горючого матеріалу, тобто, відстань, яку проходить фронт горіння за одиницю часу (м/хв);

Згідно з даними таблиці вогнезахисні властивості отримані за складом, що заявляється, так як і за найближчим аналогом належать до 1 групи вогнезахисної ефективності.

Таблиця 1

Хімічний склад, вогнезахисна ефективність по відношенню до лісових горючих матеріалів

Мо рецептури Втрата Група Лінійна швидкість | Вогнезахисна ефективність складу за маси 9, | Вогнезахисної поширення на поверхні лісових горючих прикладом " ефективності полум'я, м/хв матеріалах, г/м?

Суть корисної моделі пояснюється графіком (Фіг. 1), на якому показано зменшення втрати маси оброблених зразків деревини до 7,7 956 за умов витрати реагенту ФСГ-1 350 г/ме. Тому найбільш доцільним є використання складу за прикладом З та 4, що має переваги над відомим аналогом (Патент ВУ 1326). Лінійна швидкість горіння обробленої складом за прикладом З (ФСГ 1:2) деревини зменшується приблизно в 4 рази в порівнянні з необробленими зразками, а візуально спостерігається помітне затухання та зменшення втрати маси оброблених (обприскуванням) зразків лісових горючих матеріалів (Фіг. 2).

Випробування вогнегасної ефективності лісових горючих матеріалів, оброблених (обприскуванням) запропонованою вогнегасною сумішшю, показали підвищення міцності обвуглених частинок лісових горючих матеріалів (за рахунок утворення на поверхні полімерних плівок на початковій стадії горіння), що запобігає винесенню та атмосферному поширенню радіоактивних нуклідів унаслідок лісових пожеж на територіях, забруднених внаслідок

Чорнобильської катастрофи.

Таким чином запропонована суміш, при використанні з метою профілактики та локалізації лісових пожеж, є істотно стійкішою при тривалому зберіганні, ефективнішою та дешевшою за відомі аналоги, екологічно безпечною, сприяє зростанню лісових насаджень, знешкодженню шкідників, запобіганню поширення радіоактивних часточок та пилопридушенню, що особливо актуально для зменшення дозових навантажень в умовах радіоактивного забруднення.

Джерела інформації: 1. Тне ейесі ої (МНОгНРО» апа (МНа)г65045 оп Ше в5ропіапеоив ідпійоп ргорепіє5 ої Ріпив

НаІерепзвів ріпе пеєдаіез / 5. Подакіз Геї а.) // Ріге заїеїу |оштпаї!.-2002. - М. 37. - Р. 481-494. 2. Арцьбашев Е.С. и др. Разработка огнетушащего состава на основе фосфорноаммонийньїх солей. / Е.С. Арцьібашев и др. //Лесньюе пожарь и борьба с ними: Сб.

Ленниилх / Под ред. Е.С. Арцьібашева. - Л.: Леннийлки, 1989. - С.61-69. 3. Патент США 4971728, МПК С 09К 021/00; С 090 005/16; С 090 005/18; А 620 001/00,1990. 4. Патент США 4950410, МПК А 620 001/00; А 62С 001/00; А 62С, 1990. 5. Лорбербаум В.Г. Огнезащитньій состав ОСБ-1 для борьбьі! с лесньіми пожарами / В.Г.

Лорбербаум, И.Н. Седина // Леснье пожарь и борьба с ними: Сб. науч. тр Под. ред. Е.С.

Арцьібашева. - Л.: Леннийлкх, 1986. - С. 96-102.

Зо 6. Арцьбашев Е. С. Разработка огнетушащих составов на основе природного сьірья и технологических отходов минеральньїх удобрений / Арцьібашев Е. С, Гурьілев С. М., Пирогова

Т. Г. / Борьба с лесньіми пожарами: трудьї С-ПОНИЙЛХ / Под ред. Е. С. Арцьібашева. - С-Пб., 1998. - С.60-68. 7. Авторское свидетельство СССР 1077912, МПК С 09К 3/28,1984. 8. Патент ВУ 18478. Композиция для получения огнезащитно-огнетушащего состава для борьбь с лесньіми или торфяньмми пожарами, МПК А 620 1/00, С 1,2013. 9. Смирнов А.П. Лесная пирология: Учебное пособие / А. П. Смирнов, Е. С.Мельников//СПо:

СПБГЛТА-2006.-60. 10. Моисеенко М.В. Влияние добавок вьісокомолекулярньїх соединений на огнетушащиеєе и огнезащитнье свойства водьі М.В. Мойсеєнко, П.Ф. Дубков // Теоретическиеє и зкспериментальнье вопросьі пожаротушения: Сб.науч.тр - М.: ВНИЙПО, 1982.-с. 106-113. 11. Патент ВМ 2149. Состав для профилактики, локализации лесньїх пожаров и/или борьбь с ними. МПК А 620 1/00, С 09К 21/02, 1998. 12. Патент ВУ 1326. Композиция для приготовления огнезащитного состава для превентивной обработки лесньїх горючих материалов и предотвращения лесньїх пожаров, МПК

А 620 1/00, С 1 06/30,2010. 13. Гембицкий П. О. Полимерньійй биоцидньій препарат полигексаметиленгуанидин / П. 0.

Гембицкий, И. И. Воинцева// - Запорожье "Полиграф", 1998.-44сб. 14. Магльована Т.В. Екологічні аспекти використання гуанідинових полімерів в умовах надзвичайних ситуацій: |Монографія| Видання друге/ Т. В. Магльована, Т. Ю. Нижник, С В.

Жартовський - Черкаси: видавець ФОП Гордієнко Є.І., 2017-210 с 15. Полузмпирический метод расчета ряда физико-химических параметров / Д.С. Каганюк,

В.М. Жартовский// Монография. - К.: ИПЦ "Киевский университет", 2006.-273С. 16. Бобков С. А. Физико-химические основьі развития и тушения пожаров: учеб. пособие / С.

А. Бобков, А. В. Бабурин, П. В. Комраков //- М.: Академия ГПО МЧС России, 2014.-210 с. 17. Демидов П.Г. Горениє и свойства горючих веществ: учеб. пособие-- 2-е изд., перераб. /

П.Г. Демидов, В.А. Шандьсба, ПП. Щеглов //- М.:, 1981-272 б. 18. Патент ВО 228732502. Дезинфицирующее средство "тефлекс" 19. Патент ВО 264846902. Слой лекарственного покрьтия.

20. Патент МОНИ241102802. Составьі для ухода за ротовой полостью, содержащие катионнье активнье компоненть!.

Claims

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Застосування водного розчину гуанідинових полімерів, які одночасно мають властивості поліелектроліту та поверхнево-активної речовини, як протипожежної суміші для превентивної обробки лісових насаджень

2. Застосування за п.1, яке відрізняється тим, що застосовують гуанідинові полімери при температурі менше 350 "С для уповільнення швидкості горіння на початковій стадії.

З. Застосування за п. 1, яке відрізняється тим, що застосовують гуанідинові полімери при температурі більше 350 "С для інгібування активних центрів полум'я в реакціях радикального механізму горіння. їко ЕК со, А о : я К ох, : Е З : ох : ЩО : у у : У : й як с ха : ! : : жк у я І | Ів н жом у дм се до 5 У Мо ле

Фіг. 1 о. с . с

Фіг. 2 000 КомпютернаверсткаГ. Паяльніково 00000000 7 Міністерство розвитку економіки, торгівлі та сільськогогосподарства України, (000000,

вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601 б