CC BY
30
УДК 675.026
П. Н. Колесников, А. М. Киселев
ИМИТАТОР ЗАРАЖЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ О-ИЗОБУТИЛ-8-2-(]],]Ч-ДИЭТИЛАМИНО) ЭТИЛМЕТИЛФОСФОНАТОМ И ЕГО УДАЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫМИ РЕЦЕПТУРАМИ
Ключевые слова: обмундирование военнослужащего, токсичное загрязнение, имитатор заражения, дегазация, деактивация.
Работа посвящена повышению эффективности порошковых рецептур в индивидуальных дегазирующих пакетах для проведения специальной обработки боевой экипировки военнослужащего, зараженной токсичными химикатами. В частности изучено воздействие имитатора O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната на процесс заражениятекстильных материалов и его удаления порошковыми рецептурами. Предложено в качестве имитатора O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)этилметилфосфоната использовать дибутилфталат. Изучена эффективность удаления загрязнения текстильного материала применением порошковой рецептуры алюмосиликатного катализатора различной фракции.
Keywords: outfit of the soldier, toxic pollution, contamination simulator, degassing, deactivation.
The work is devoted to improving the efficiency of powder formulations in the individual degassing packages to perform special handling of the combat equipment of a soldier, contaminated by toxic chemicals. In particular we studied the impact of simulator O-isobutyl-S-2-(N,N-diethylamino)ethylmethylketone on the process paragenetically materials and its removal powder formulations. Proposed as mimics of O-isobutyl-S-2-(N,N-diethylamino)ethylmethylketone to use dibutyl phthalate. Studied the efficiency of removal ofpollution of the textile material by the application ofpowder formulation of silica-alumina catalyst of various grades.
Повышение эффективности порошковых рецептур (ПР) в индивидуальных дегазирующих пакетах для проведения специальной обработки боевой экипировки военнослужащего (БЭВ), зараженной токсичными химикатами, в подразделениях войск является актуальной проблемой. Решение этой проблемы требуется изучения закономерностей заражения текстильных материалов токсичными химикатами и их удаления порошковыми рецептурами. Одним из наиболее токсичных и устойчивых химикатов является О-изобутил^-2-(Ы^-диэтиламино) этилметилфосфонат. В этой связи задача по разработке имитатора заражения текстильных материалов О-изобутил^-2-(ЬТ^-диэтиламино) этилметилфосфонатом и его удаления порошковыми рецептурами является актуальной.
В настоящее время известно применение имитаторов токсичного химиката О-изобутил^-2-^^-диэтиламино) этилметилфосфоната. Они используются для обучения личного состава войск практическим навыкам работы с приборами химической разведки, ведению химической разведки и наблюдению, преодолению и дегазации зараженных участков местности, проведению дегазации вооружения и военной техники, обмундирования, обуви, снаряжения и средств индивидуальной защиты, слаживания частей и подразделений при выполнении ими мероприятий обеспечения химической защиты, работе на оптических инфракрасных дистанционных средствах химической разведки, контроля и проверки их работоспособности.
В литературе имеются сведения об использовании диметилметилфосфоната ((СН3О)2СН3РО) и гексаф-торида серы ^6) в качестве имитаторов фосфорор-ганических отравляющих веществ (ФОВ) при разработке и испытаниях систем дистанционного обнаружения химического заражения [1]. Однако данные соединения применяются для моделирования оптиче-
ских характеристик фосфорорганических веществ в узком спектральном диапазоне, соответствующем рабочему спектральному диапазону активных лидар-ных систем на основе СО2-лазеров и только в атмосфере. Гексафторид серы не может быть применен, так как он токсичен и не соответствует агрегатному состоянию (это газ). Диметилметилфосфонат более летучее вещество, по сравнению с моделируемым веществом. Это искажает результаты исследований по удалению жидкой фазы фосфорорганического вещества (ФОВ), поэтому не может быть применено для этих целей.
Известны органические соединения, использующиеся в качестве имитаторов фосфорорганических веществ, триметилфосфат и диметилсульфоксид, имеющие близкие к фосфорорганическим веществам спектральные характеристики в среднем инфракрасном диапазоне в парообразном состоянии [2]. Данные соединения применяются в среднем инфракрасном диапазоне в парообразном состоянии и имитируют только спектральные характеристики фосфороргани-ческих веществ в атмосфере. Диметилсульфоксид обладает повышенной гигроскопичностью. Это существенно влияет на изучаемые процессы и поэтому он не может быть использован. Триметилфосфат более летуч по сравнению с моделируемым веществом. Это искажает результаты исследований по удалению жидкой фазы ФОВ, поэтому не может быть применено для этих целей.
Известен имитатор химического заражения почвы О-изобутил^-2-^^- диэтиламино) этилметилфос-фонатом [3]. Он представляет собой водный раствор пикриновой кислоты (2,4,6-тринитрофенола) Н0С6Н2(N02)3 в следующем соотношении компонентов (мас.%) : пикриновая кислота 0,8-1,1; вода 98,999,2. Водный раствор пикриновой кислоты обладает аналогичным коэффициентом перераспределения в
системе «октанол-вода». Применение этого состава позволяет учитывать процесс растворения в воде при исследовании динамики его распространения в почве или в пористых средах. Использование вышеуказанного раствора в качестве имитатора О-изобутил-8-2-(М,К-диэтиламино) этилметилфосфоната некорректно в условиях заражения текстильных материалов и его удаления порошковыми рецептурами вследствие несоответствия основным критериям: параметру растворимости и коэффициенту поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость - газ». Поверхностное натяжение и параметр растворимости отличается в два раза, что приводит к изменению локальной плотности заражения и скорости процессов проникания в структуру твердого вещества.
Имеются сведения об имитаторе химического заражения водной среды веществом ви-экс [4]. Это этиловый эфир р-фенилакриловой кислоты, который является малотоксичным веществом, позволяющим изучать динамику распространения в водной среде вещества О-изобутил-8-2-(Ы^-диэтиламино) этилметилфосфоната. Он имитирует заражение водных объектов, например, русел пресноводных рек с учетом конкретных морфологических особенностей отдельных участков их русла и для определения динамики распространения и степени разбавления области загрязнения на заданном удалении от источника. Использование вышеуказанного соединения в качестве имитатора невозможно в условиях заражения текстильных материалов и обработки порошковыми рецептурами в связи с тем, что это вещество более летучее, чем О-изобутил-8-2-(М,М-диэтиламино)этилметилфосфоната (концентрация насыщенных паров больше в 10 раз). Это искажает результаты исследований по удалению жидкой фазы ФОВ.
Известна имитационная рецептура для обучения войск боевым действиям в условиях химического заражения фосфорорганическими отравляющими веществами [5]. Она предназначена для имитации химического заражения при обучении личного состава войск практическим навыкам работы с приборами химической разведки, преодолению зараженных участков местности, проведению дегазации вооружения и военной техники. Имитационная рецептура представляет собой смесь (объем): ФОВ 10 % и 90 % дизельного топлива. ФОВ представляет собой О,О-диэтил-О-(3,4,5-трихлорфенил) фосфат. ФОВ предназначено для обеспечения индикационного эффекта при применении биохимической методики. Дизельное топливо представляет собой легкие маловязкие фракции нефти с температурой кипения 180-360 0С. [6].
Основным недостатком рецептуры является наличие легких фракций углеводородов в составе дизельного топлива, их неопределенность в процентном соотношении и непостоянство в разных партиях. Это приводит к искажению результатов исследования процесса удаления жидкой фазы имитатора из текстильных материалов порошковыми рецептурами за счет испарения легких фракций углеводородов. Предельные углеводороды дизельного топлива являются неполярными соединениями. Они отличаются по характеру межмолекулярного взаимодействия от О-изобутил-8-2-(М,М-диэтиламино) этилметилфосфона-
та, содержащего полярные группы. Это проявляется в составляющих, связанных с параметром растворимости диполь-дипольного (или полярного) взаимодействия и водородной связи (см. таблицу 1). Отличия значений составляют соответственно 4,16 и 7,72 (МДжм-3)05. Представленные значения превышают критерий 3 (МДж.м-3)0.5, что говорит о несоответствии указанного параметра. При этом общее значение параметра растворимости у них отличается от эталона на 2,74 (МДж.м-3)0.5. Поэтому процесс проникания полярной жидкости в волокна с полярными группами будет отличаться от неполярной жидкости. Это приводит к искажению результатов исследования процесса удаления жидкой фазы имитатора.
Таким образом, можно отметить, что в настоящее время отсутствует имитатор О-изобутил-8-2-(М,К-диэтиламино)этилметилфосфоната для изучения процессов заражения текстильных материалов и его удаления порошковыми рецептурами.
Техническим результатом исследований является возможность получения достоверных результатов исследования определения скорости массопереноса при заражении текстильных материалов и его удалении порошковыми рецептурами с применением нетоксичной и доступной жидкости в качестве имитатора О-изобутил-8-2-(М,М-диэтиламино) этилметил-фосфоната.
Указанный технический результат достигается применением нового признака в совокупности с известным признаком. К новому признаку относится -дибутилфталат (ДБФ) нетоксичная и доступная жидкость в качестве имитатора О-изобутил-8-2-(М,М-диэтиламино) этилметилфосфоната, обеспечивающая соответствие динамики растекания и растворения в волокнах защитных текстильных материалах и ее перераспределения при воздействии на систему порошковых рецептур. Известный признак - последовательность действий определения скорости массопе-реноса при заражении текстильных материалов и его удалении порошковыми рецептурами.
Основные критерии выбора имитационной жидкости обусловлены близостью параметров, характеризующих динамику растекания и растворения в волокнах защитных текстильных материалах и ее перераспределения при воздействии на систему порошковых рецептур. Они определяются значениями физико-химических характеристик: параметра растворимости и коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость - газ». Выбранное вещество удовлетворяет таким важным требованиям, как простота и быстрота определения процесса перераспределения жидкости между текстильными материалами и порошковыми рецептурами весовым методом, его нетоксичность, дешевизна и доступность. Летучесть (концентрация насыщенных паров) имитатора должна быть равна О-изобутил-8-2-(М,М-диэтиламино) этилметилфосфонату для того, чтобы процесс испарения не вносил значительную ошибку при проведении исследований. Имитатор должен быть однокомпонентной жидкостью, чтобы исключить негативное влияние сорбции компонентов системы на протекающие процессы и изменение поверхностного натяжения раствора. Он не должен отли-
чаться по характеру межмолекулярного взаимодействия от О-изобутил-8-2-(:,:Ы-диэтиламино) этилме-тилфосфоната, содержащего полярные и неполярные группы. Реакционная способность имитатора должна быть аналогичной О-изобутил-8-2-(:,:Ы-
диэтиламино) этилметилфосфонату, который является достаточно инертным веществом.
Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяет дибутилфталат. Основные физико-химические характеристики О-изобутил-8-2-(:,:Ы-диэтиламино)-этилметилфосфоната и дибутилфталата представлены в таблице 1 [7].
Таблица 1 - Значения параметров растворимости и коэффициентов поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость - газ» О-изобутил-8-2-(К,К-диэтиламино) этилметилфосфоната, ди-бутилфталата и имитационной рецептуры
Из представленных в таблице 1 данных следует, что значения параметров растворимости для дибу-тилфталата и О-изобутил-8-2-(:,:Ы-диэтиламино)-этилметилфосфоната практически совпадают, а коэффициентов поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость - газ» не превышают 4,8 Н/м (Дж/м2). По совокупности оцениваемых параметров дибутилфталат наиболее близок к О-изобутил-8-2-(:,:Ы-диэтиламино) этилметилфосфонату по важнейшим физико-химическим характеристикам и поэтому наиболее пригоден для его имитации в исследованиях динамики заражения текстильных материалов и его удаления порошковыми рецептурами. Кроме того дибутилфталат является много тоннажным продуктом (более 100 тыс. т/год) и применяется в производстве как пластификатор поливинилхлорида, каучуков и некоторых эфиров целлюлозы. Он малотоксичен и химически устойчив [6, 7].
В этой связи наиболее точное, достоверное моделирование заражения текстильных материалов О-изобутил-8-2-С,:Ы- диэтиламино) этилметилфосфона-том и его удаления порошковыми рецептурами достигается применением имитатора - дибутилфталата.
Определение закономерностей процесса удаления фосфорорганических веществ из текстильных материалов с применением порошковой рецептуры.
Определение закономерностей процесса удаления фосфорорганических веществ из текстильных материалов с применением порошковой рецептуры алю-мосиликатного катализатора с диаметром частиц 20 мкм и 10 мкм. Взвешивание образцов проводили на аналитических весах с точностью до 0,00005 г. Определяли массу образца боевой экипировки военнослужащего. На него наносили калиброванные капли ФОВ (или имитатора). Определяли массу образца БЭВ с жидкой фазой. Рассчитывали массу нанесенной жидкой фазы ФОВ по привесу, учитывая массу капель и их количество.
Выдерживали образец определенное время от начала заражения, именуемое в дальнейшем «экспозицией заражения». На зараженный образец БЭВ наносили навеску порошка. Определяли массу образца. Рассчитывали массу нанесенной навески порошка. Выдерживали образец определенное время от начала нанесения порошка на его поверхность, именуемое в дальнейшем «экспозицией дегазации». Далее образец переворачивали на 1-2 секунды для удаления сухой порошковой рецептуры с поверхности, но таким образом, чтобы влажный порошок, удерживаемый за счет капиллярных сил адгезии, не слетал. Определяли изменение веса образца. Рассчитывали массу порошка, который удерживался на поверхности образца за счет сил адгезии. Удаляли порошковую рецептуру с перешедшей в нее жидкой фазой ФОВ (или имитатора) методом резкого встряхивания. Определяли массу образца с оставшейся в нем жидкой фазой ФОВ. Встряхивали образец до тех пор, пока масса образца не оставалась постоянной. Необходимо обратить внимание на то, чтобы нити с образца при встряхивании не слетали. Рассчитывали массу удаленной жидкой фазой ФОВ из исследуемого образца. Рассчитывали массу оставшейся жидкой фазы ФОВ в иссле-
Параметры Вещество
О- изобу-тил-8-2-(:,:-диэти-ламино) этилме-тилфос-фонат Дибутил-фталат Имитационная рецептура
Параметр растворимости общий, (МДж.м-3)05 52 18,29 18,53 15,55
Отклонение 0,00 -0,24 2,74
Параметр растворимости дисперсионного взаимодействия, (МДж.м-3)05 5а 17,37 17,95 15,55
Отклонение 0,00 -0,58 1,82
Параметр растворимости диполь- дипольного взаимодействия, (МД^м-3)05 5С 4,16 3,25 0,00
Отклонение 0,00 0,91 4,161
Параметр растворимости взаимодействия водородных связей, (МДж.м-3)0.5 5ь 7,72 5,31 0
Отклонение 0,00 2,41 7,721
Коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкость -газ Н/м (Дж/м2) 30,8 35,6 23,9
Отклонение 0,00 -4,80 6,90
----3 05-
Примечание: 1 - значение превышает 3 (МДж.м ) ' , что
говорит о несоответствие параметра; 2 - 82=8/+8р2+8[,2
дуемом образце. Рассчитывали содержание жидкой фазой ФОВ в удаленном порошке.
В результате проведенных исследований определена доля оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой с диаметром частиц 10 и 20 мкм. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Анализ данных, представленных в таблице 2, позволяет сделать вывод о корректности использования дибутилфталата в качестве имитатора заражения защитных текстильных материалов О-изобутил^-2-^^-диэтиламино) этилметилфосфонатом и его удаления порошковыми рецептурами.
Таблица 2 - Доля оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой с диаметром частиц 10 и 20 мкм
Применение аналога - «имитационной рецептуры ...» приводит к уменьшению значений доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой в 1,5 - 2 раза по сравнению с эталоном - 0-изобутил^-2-^^-диэтиламино) этилметилфосфонатом и ДБФ. Применение дибутилфталата позволит исключить необходимость получения лицензии на работу с веществами с повышенным классом опасности, снизить требования к оснащению лаборатории оборудованием, подготовке персонала, а так же повысить производительность труда более чем в 10 раз. Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в нем применен новый признак в совокупности с известным признаком. Влияние на технический результат при-
менения нового признака в совокупности с известным признаком ранее было неизвестно.
Имитатор может быть использован по назначению для решения следующих задач: при моделировании процесса удаления фосфорорганических веществ их текстильных материалов; при определении требуемого времени обработки зараженных изобутил^-2-^^-диэтиламино) этилметилфосфонатом текстильных материалов порошковыми рецептурами; при моделировании распределения 0-изобутил^-2-^^-диэтиламино) этилметилфосфоната в структуре текстильных материалов; при обосновании требований к порошковым рецептурам; при проверке характеристик порошковой рецептуры требуемым параметрам; при тренировках в проведении частичной специальной обработки обмундирования и снаряжения с применением порошковых рецептур без применения веществ с высоким классом опасности. Он будет полезен: на предприятиях, производящих элементы боевой экипировки военнослужащего; на предприятиях, производящих средства частичной или полной специальной обработки; в центральных научных исследовательских и испытательных институтах; в военных академиях; на базах и складах хранения вооружения и средств радиационной, химической и биологической защиты.
Литература
1 Ерин А.И., Тальберг Д.Д., Малышев В.А., Гозенбук В.А. Современные принципы организации и аппаратурного оснащения органов химической разведки и химического контроля (обзор) // Гражданская оборона за рубежом. -1991. - №5, 6. - С.39-44
2 Патент РФ №2261858, МПК: С07С 317/04, 00Ш 21/35 от 10.10.2005
3 Патент РФ №2465260, МПК: С06Б7 от 06.06.2011 г.
4 Патент РФ №2465259, МПК: С06Б7
5 Патент РФ №2260576, МПК: С06Б7 от 20.09.2005.
6 Химический энциклопедический словарь. Под ред. И.Л. Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия, 1983. - С.593.
7 Колесников П.Н. Имитатор заражения текстильных материалов О-изобутил-Б-2-(М,К-диэтиламино)этилметилфосфонатом и его удаления порошковыми рецептурами, заявка на изобретение РФ МПК: С06Б7.
Вещество Доля оставшейся жидкой фазы (%) в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой с диаметром частиц
10 мкм 20 мкм
0-изобутил^-2-(N,N- 38±2 52±3
диэтиламино)-этилметилфосфо-
нат
Дибутилфталат 40±2 53±3
Имитационная 19±4 30±5
рецептура ...
© П. Н. Колесников - преподаватель, Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко», kisselev50@mail.ru; А. М. Киселев - д.т.н., профессор, Костромской государственный технологический университет, kisselev50@mail.ru.
© P. N. Kolesnikov - is a teacher, Federal public public military educational institution of higher professional education the «Military academy of radiation, chemical and biological defence of the name of Marshala Soviet Soyuza s.k. Timoshenko», kisselev50@mail.ru; A. M. Kiselev - d.t.n., professor, Kostromskoy state technological university, kisselev50@mail.ru.
