CC BY
19
СРЕДСТВА ТУШЕНИЯ
Начальник отдела научных разработок и внедрения их в производство ОАО "Корпорация Тольяттиазот"
С. В. Афанасьев
Преподаватель кафедры "Пожарно-профилактических дисциплин" Тольяттинского военного технического института
Р. В. Коротков
Преподаватель кафедры "Организации и управления противопожарными подразделениями" Тольяттинского военного технического института
Н. Н. Старков
Адъюнкт кафедры "Организации и управления противопожарными подразделениями" Тольяттинского военного технического института
А. А. Триполицын
УДК 614.841.4
СОСТАВ ДЛЯ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
Рассмотрена возможность использования состава, включающего компонент ОСА-1 для целей пожаротушения. Приведены результаты сравнительного испытания предлагаемого состава для пожаротушения с известными поверхностно-активными веществами (ПАВ).
Тушение пожаров твердых горючих материалов, таких как древесина, полимеры, торф, ткани и др., связано с определенными техническими трудностями, ибо при их горении реализуются различные механизмы термоокислительных процессов и применение обычных тушащих веществ не всегда дает хорошие результаты. Считается признанным, что эффективные огнезащитные составы, нанесенные на поверхность горючих тел, способны инги-бировать процесс горения либо смещать температуру пиролиза в сторону более высоких значений, уменьшая тем самым выделение газообразных продуктов. Снижение тепловыделения наблюдается и в результате карбонизации как самого антипирена, так и горючего материала. По указанной причине наибольшая огнетушащая эффективность антипи-рена должна наблюдаться в том случае, если его огнезащитное действие проявляется по нескольким механизмам.
Теоретические основы огнезащиты древесины подробно изложены в монографии [1]. Необходимо, однако, отметить, что они не всегда учитывают такой важный фактор ликвидации пожара, как смачиваемость поверхности древесины. Ее снижение в результате обугливания целлюлозосодержащих материалов ухудшает съем тепла жидким теплоносителем и приводит к резкому увеличению его расхода.
Иными словами, использование охлаждения горящей древесины в качестве механизма прекращения пожара не всегда эффективно ввиду малого эффекта смачиваемости поверхности материала. Для устранения данного недостатка в отечественной и
зарубежной пожарной технике широко используются неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Одним из представителей ПАВ данной группы является продукт ПО-6ТС марки А, Б, вырабатываемый компанией "Ивхимпром" (Россия). В соответствии с действующими ТУ 0258-14705744685-98 он является пенообразователем общего назначения и содержит не менее 27 мас. % три-этаноламиновых солей алкилсульфатов. При его использовании в качестве смачивателя готовится водный раствор ПО-6ТС марки А или Б с концентрацией 2 мас. %.
Смачивающая способность водных растворов ПАВ тесно связана с краевым углом смачивания 0. По данным [2] для большинства ПАВ, рекомендованных к использованию в пожарной технике, величина 0 составляет около 70о. Следовательно, данные неионогенные пенообразователи не являются идеальными смачивателями, для которых краевой угол близок к нулевому значению.
В связи с этим вполне оправданны усилия по созданию более эффективных ПАВ.
Ранее сообщалось о разработке антипирена для древесины пропитывающего действия под торговой маркой "ОСА-1". Представляло интерес исследовать его в качестве компонента огнетушащего состава в сравнении с продуктом взаимодействия алкилсульфоната и триэтаноламина — ПО-6ТС.
Согласно ТУ 2499-024-00206492-06 он предназначен для снижения горючести древесины на открытом воздухе и внутри помещений путем ее по-
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16
61
верхностной обработки и характеризуется следующими показателями качества [3, 4] (табл. 1).
Основными компонентами для его получения является карбамидоформальдегидный концентрат КФК-85 состава:
общий формальдегид, мас. %........... 58,5-60,5
общий карбамид, мас.%............... 23,5-25,5
вода...............................остальное,
а также аммиачная вода, карбамид и ортофосфор-ная кислота. Антипирен синтезируют в виде маловязкого водного раствора, пригодного для использования. С целью связывания остаточного формальдегида и аммиака предусмотрен последовательный ввод на завершающей стадии процесса 1-10 мас. % карбамида или меламина в расчете на 100 мас. % карбамидоформальдегидного концентрата и ортофосфорной кислоты для доведения показателя концентрации водородных ионов (рН) готового продукта до 6,0-8,0.
Установлено, что на стадии щелочной конденсации КФК-85 с аммиаком образуется полиамин общей формулы [5]:
ЩЦ^^СО^ВДОт+ь где п = 0,1 и т = 0,1,
содержащий непрореагировавшие метилольные производные карбамида и продукты их циклизации триазинонового типа [6]. Последующий ввод карбамида на завершающей стадии процесса приводит к связыванию формальдегида с частичной поликонденсацией метилольных групп. В ходе нейтрализации полиамина ортофосфорной кислотой в составе огнезащитной композиции появляются ди- и три-
Таблица 1. Показатели качества огнезащитного состава марки "ОСА-1"
Показатель Значение показателя
Внешний вид Бесцветная прозрачная жидкость. Допускается образование тонкой взвеси
Содержание формальдегида Отсутствует
рН 6,0-7,5
Плотность при 20°С, г/см3 1,15-1,25
Коэффициент рефракции, не менее 1,405
Температура замерзания, не выше, С Минус 15
Расход для перевода древесины в I группу огнезащитной эффективности, г/м2 350
аммонийфосфат и амидофосфат. В образовании последнего, наряду с ортофосфорной кислотой, участвуют вторичные и третичные аминные группы с повышенной электронной плотностью атомов азота.
Таким образом, в отличие от неионогенных ПАВ продукт ОСА-1 не содержит алкильных углеводородных групп и является сложной смесью соединений различных классов. По указанной причине при его растворении в воде величина его поверхностного натяжения остается практически неизменной. Это указывает на то, что огнезащитный состав ОСА-1 не принадлежит к неионоген-ным ПАВ.
В то же время было предположено, что присутствующие в структуре антипирена полярные функциональные группы, преимущественно гидроксиль-ные и аминные, будут способствовать многоточечной адсорбции молекул на поверхности гемицел-люлозы и целлюлозы, с последующим образованием более прочных химических связей, преимущественно эфирных.
Для оценки эффективности антипирена ОСА-1 в лабораторных условиях был применен метод сравнительного анализа, заключающийся в следующем: в одинаковых условиях проведено тушение горящих штабелей из брусков сосны размером 10x10x100 мм. Штабели состояли из 10 перекрестно расположенных рядов по пять брусков в каждом. В ходе эксперимента определяли время тушения и расход огнетушащего состава, подаваемого в виде струи на очаг пожара. В качестве прототипа, т.е. известного смачивателя, взят ПО-6ТС марки Б с концентрацией водного раствора 2 и 6 мас. %. Расход огнетушащего состава был максимально приближен к реальным условиям эксплуатации пожарной техники.
Полученные результаты представлены в табл. 2.
Из табл. 2 следует, что применение антипирена марки "ОСА-1" в виде 2%- и 6%-ных водных рас-
Таблица 2. Зависимость времени тушения модельного очага пожара от расхода огнетушащего вещества
Расход Время ликвидации пожара, с
на тушение, л/с водой раствором ПО-6ТС раствором ОСА-1
0,0008 65,0 -/55 -/50
0,0009 63,0 -/50 -/45
0,002 31,5 18,0/- 12,4/-
0,003 28,0 17,5 /- 11,5/-
0,004 24,0 16,2/- 10-2
0,010 16,0 13,3 /- 7,6/-
Примечание. Над чертой приведены данные для ПО-6ТС концентрации 2 мае. %, под чертой—6мае. %.
62
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16
творов позволяет существенно снизить расход ог-нетушащего состава и сократить время тушения пожара по сравнению с чистой водой и растворами ПО-6ТС с аналогичными концентрациями.
Данный результат можно объяснить следующим образом.
Ввод карбамида на стадии синтеза полиамина приводит не только к связыванию свободного формальдегида в метилолмочевины, но и к формированию сложных надмолекулярных структур, склонных к карбонизации и вспучиванию при повышенной температуре за счет выделения низкомолекулярных соединений — воды, аммиака, углекислого газа, не поддерживающих процесс горения древесины. Интенсивное термическое разложение анти-пирена ОСА-1 наблюдается уже при температурах свыше 110°С, что подтверждено термическим анализом обезвоженных образцов.
С другой стороны, установлено, что при контакте с нагретой поверхностью амидофосфат переходит в твердое состояние по механизму кислотной поликонденсации, замедляя тем самым скорость термоокислительного процесса. Этому способствует и концентрирование огнетушащего раствора в зоне горения.
Вполне очевидно, что реализация данных механизмов обуславливает высокий эффект применения 2%-ного водного раствора антипирена ОСА-1 при тушении пожаров.
Есть основания полагать, что в связи с низкой себестоимостью получения огнезащитного состава марки "ОСА-1" открывается реальная возможность его практического использования взамен дорогостоящих и экологически небезопасных неионоген-ных ПАВ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Леонович, А. А. Снижение пожарной опасности древесных материалов, изделий и строительных конструкций / А. А. Леонович, А. В. Шелоумов. — СПб: СПбГПУ, 2002. — 59 с.
2. Воевода, С. С. Тушение пожаров твердых дисперсных материалов путем их пропитки водой со смачивателем / С. С. Воевода, С. А. Макаров, А. Ф. Шароварников // Пожаровзрыво-безопасность. — 2005. — Т. 14, № 3. — С. 78-80.
3. Пат. № 2270752 РФ, МПК В27 К 3/52, С 09 К 21/12. Способ получения антипирена / Мах-лай В. Н., Афанасьев С. В., Михайлин М. П., Коротков Р. В.; № 2004129996.; заявл. 12.10.04; опубл. 27.02.06. Бюл. № 6.
4. Афанасьев, С. В. Антипирен на основе КФ-концентрата / С. В. Афанасьев, Р. В. Коротков, А. В. Каришин [и др.] // Синтез, модифицирование и применение смол для древесных плит: сб. докл. науч.-практ. семинара. 18 ноября 2004 г. — СПб: СПбГПУ, 2004. — С. 114-117.
5. Пат. № 2228925 РФ, МПК С 07 С 211/13, 209/60. Способ получения полиамина / С. В. Афанасьев, В. Н. Махлай, А. С. Виноградов, М. А. Барышева; № 2002117274; заявл. 01.07.02; опубл. 20.05.04. Бюл. № 14.
6. Афанасьев, С. В. Химия и технология КФ-концентрата / С. В. Афанасьев // Коршуновские чтения: сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф. 1-3 марта 2003 г. — Тольятти: ТГУ, 2005. — С. 28-40.
Поступила в редакцию 28.08.07.
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №5
63
