Повышение устойчивости противопожарных пен при помощи полимерных добавок различной природы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

В. Н. ЛЮБИМОВ, аспирант кафедры "Безопасность жизнедеятельности и экология" Иркутского государственного университета путей сообщения (Россия, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15; e-mail: victorlub@yandex.ru) А. И. СКУШНИКОВА, д-р хим. наук, профессор кафедры "Безопасность жизнедеятельности и экология" Иркутского государственного университета путей сообщения (Россия, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15) Т. Г. ЕРМАКОВА, канд. хим. наук, старший научный сотрудник Иркутского института химии Сибирского отделения Российской академии наук (Россия, 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1)

Л. И. ВОЛКОВА, ведущий инженер Иркутского института химии Сибирского отделения Российской академии наук (Россия, 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1)

УДК 614.842.615

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ПЕН ПРИ ПОМОЩИ ПОЛИМЕРНЫХ ДОБАВОК РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ

Изучено влияние природы полимерных стабилизирующих добавок на устойчивость, кратность и время полного разрушения пены, полученной из водных растворов ПАВ Е-30 - полимер. Показано, что при использовании в качестве добавок поливинилтриазола, полиэтиленоксида, поли-метакриловой кислоты устойчивость пены и время ее полного разрушения зависят от природы полимера и его молекулярной массы. Установлено, что наибольшее стабилизирующее действие на пенообразующий раствор оказывает сополимер винилимидазола с натриевой солью метак-риловой кислоты.

Ключевые слова: пенообразователь; поверхностно-активные вещества; полимерные добавки; устойчивость пены; кратность; время полного разрушения пены; поливинилтриазол; N-винил-имидазол; натриевая соль метакриловой кислоты.

Противопожарная защита объектов нефтяной и нефтехимической промышленности, транспорта и хранения нефти и перевалочных баз во многом обеспечивается за счет применения в качестве средства тушения пожаров нефтепродуктов пен различной кратности, эффективность которых зависит от состава пенообразующей композиции.

Огнетушащая эффективность пены определяется комплексом физико-химических показателей. В зависимости от назначения пены ее важнейшими свойствами могут являться такие, как изолирующая способность, термическая устойчивость, вязкость, предельное сдвиговое напряжение, кратность, самопроизвольное растекание и т. д. [1]. Достижение этих свойств обеспечивается путем разработки состава пенообразующего раствора (пенообразователя) и способа получения пены.

Особый интерес представляет рецептура растворов, позволяющая придать пене необходимые свойства — высокую устойчивость, огнестойкость и огнетушащую способность. С этой целью в рецептуре, помимо высокомолекулярных спиртов, аминов, амидов, образующих с пенообразователем водородные связи и приводящих к стабилизации пен, могут быть использованы водорастворимые поли-

меры. Применение полимеров в качестве добавки к пенообразователям, утратившим свою эффективность в связи с большим сроком хранения, приводит к повышению кратности пены, значительному увеличению ее устойчивости и времени разрушения [2].

Установлено, что природа эмульгатора (Е-30, вол-гонат) практически не влияет на кратность и устойчивость образующихся пен, поэтому при исследовании влияния полимерных добавок использовали эмульгатор Е-30. Суммарная концентрация ПАВ Е-30 и полимера в пенообразующем растворе составила 1 %, поскольку в промышленных пенообразующих составах концентрация ПАВ равна примерно 1 %. Именно поэтому такая концентрация ПАВ широко используется при проведении лабораторных исследований.

В качестве полимерных добавок применяли поливинилтриазол (ПВТ), полиметакриловую кислоту (ПМАК), полиэтиленоксид (ПЭО), сополимер винилтриазола (ВТ) с натриевой солью метакрило-вой кислоты (МАК) (25,7 и 57,6 %), сополимер ви-нилимидазола (ВИМ) с натриевой солью метакри-ловой кислоты (50 %).

Результаты исследований (рис. 1) свидетельствуют о том, что среди исследуемых полимерных до-

© Любимов В. Н., Скушникова А. И., Ермакова Т. Г., Волкова Л. И., 2014

Стабилизация пен, полученных на основе ПАВ Е-30, водорастворимыми полимерами

10 15

Время, мин

Рис. 1. Зависимость устойчивости пены, полученной на основе 1 %-ного раствора ПАВ Е-30 (алкилмоносульфонат (Германия)), от природы и молекулярной массы полимерных добавок: 1 — без добавки; 2 — 0,05 г поливинилтриазола, М = 200000; 3 — 0,05 г полиэтиленоксида, М =2100000; 4 — 0,05 г полиметакриловой кислоты, М = 600000

15 20 25 30 Время, мин

Рис. 2. Зависимость устойчивости пены, полученной на основе 1 %-ного раствора ПАВ Е-30, от природы полимерных солей: 1 — без добавки; 2 — 0,05 г сополимера винилтри-азола с натриевой солью метакриловой кислоты (25,7 %) (ВТ - Ыа - МАК); 3 — 0,05 г сополимера винилтриазола с натриевой солью метакриловой кислоты (57,6 %); 4 — 0,05 г сополимера Ы-винилимидазола с натриевой солью метакриловой кислоты (50 %) (ВИМ - Ыа - МАК)

бавок наименее эффективным оказался поливинил-триазол. Применение полиэтиленоксида приводит к увеличению устойчивости и времени полного разрушения пены в 1,2 раза, уменьшению кратности — с 7,5 до 6,5. Добавка полиметакриловой кислоты позволяет повысить устойчивость пены в 1,3 раза.

Вид полимера Концентрация полимера, % Кратность пены Устойчивость пены, мин Время разрушения пены, ч

ПАВ Е-30 - 7,5 5,05 1,23

ПВТ(М =200000) 0,05 6,5 5,45 1,30

ПЭО (М = 2100000) 0,05 7,5 6,40 2,28

ПМАК (М = 600000) 0,05 5,5 6,76 1,57

ВТ-Ыа (25,7%)-МАК 0,05 7 6,15 2,20

ВТ-Ыа (57,6%)-МАК 0,05 5,5 7,6 4,20

ВИМ - Ыа (50 %) - МАК 0,05 5,6 13,4 4,54

Кроме того, устойчивость пены зависит от молекулярной массы полимера М.

Исследованиями установлено, что использование сополимеров винилтриазола с натриевой солью метакриловой кислоты различного состава приводит к незначительному увеличению устойчивости пены. Устойчивость пены повышается с ростом содержания соли в сополимере. Время полного разрушения пены при этом увеличивается в 3,5 раза (рис. 2, кривые 2 и 3). Использование в качестве стабилизирующей добавки сополимера винилими-дазола с натриевой солью метакриловой кислоты позволяет существенно повысить устойчивость пены — в 2,4 раза, увеличить время полного разрушения в 3,8 раза (рис. 2, кривая 4).

Полученные результаты можно объяснить тем, что поливинилимидазолы и их сополимеры обладают пенообразующими свойствами (вследствие чего могут быть использованы в качестве дополнительного пенообразователя при флотации медьсодержащих руд [3]), а также более сильными донорными свойствами по сравнению с винилтриазолом. Это может привести к образованию более прочных структурированных адсорбционных слоев и увеличению времени жизни пленок [4, 5]. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице.

Вывод

Экспериментальными исследованиями установлено, что наибольшее стабилизирующее действие на пену, полученную из водных растворов ПАВ Е-30 - полимер, оказывает сополимер винилимидазола с натриевой солью метакриловой кислоты. Его использование позволяет повысить устойчивость пены в 2,5 раза, увеличить время полного разрушения пены в 3,5 раза.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шароварников А. Ф. Противопожарные пены. Состав, свойства, применение. —М. : Знак, 2000. — 464 с.

2. ШапталаМ. В., Скушникова А. И., ШаглаеваН. С. Влияние полимеров акриламида на свойства огнетушащих водопенных составов // Вестник ВСИ МВД РФ. — 2009. — № 1. — C. 37-42.

3. ШапталаМ. В., Скушникова А. И. Получение и применение поверхностно-активных веществ на основе винилимидазолов // Химия и химическая технология в XXI веке : матер. IX Всерос. науч.-практ. конф. студентов и аспирантов. — Томск, 2008. — С. 127-128.

4. Казаков М. В. Применение поверхностно-активных веществ для тушения пожаров. — М. : Стройиздат, 1977. — C. 47-77.

5. DanilovtsevaE. N., Annenkov V.V., Skushnikova A. I., SvyatkinaL. I. Complexes of 1-vinylazoles with transition metals in radical polymerization // Journal of Applied Polymer Science. — 2000. — Vol. 78, Issue 1.—P. 101-108. doi: 10.1002/1097-4628(20001003)78:1<101::AID-APP130>3.0.C0;2-V.

Материал поступил в редакцию 31 декабря 2013 г.

— English

IMPROVING THE SUSTAINABILITY OF FIRE FOAMS USING POLYMERIC ADDITIVES OF DIFFERENT NATURE

LYUBIMOV V. N., Postgraduate Student of Safety and Ecology Department, Irkutsk State University of Railway Transport (Chernyshevskogo St., 15, Irkutsk, 664074, Russian Federation; e-mail address: victorlub@yandex.ru) SKUSHNIKOVA A. I., Doctor of Chemical Sciences, Professor of Safety and Ecology Department, Irkutsk State University of Railway Transport (Chernyshevskogo St., 15, Irkutsk, 664074, Russian Federation) ERMAKOVA T. G., Candidate of Chemical Sciences, Senior Researcher, Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Favorskogo St., 1, Irkutsk, 664033, Russian Federation) VOLKOVA L. I., Leading Engineer, Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Favorskogo St., 1, Irkutsk, 664033, Russian Federation)

ABSTRACT

This analysis is dedicated to the influence of water-soluble polymers on the stability, multiplicity and while for the complete destruction of the foam obtained from aqueous surfactant solutions E-30 -polymer. Polyvinyltriazol, polymethacrylic acid, polyethylene oxide copolymer, sodium salt vinyltriazola with methacrylic acid (25.7 and 57.6 %), copolymer of vinylimidazole with the sodium salt of methacrylic acid (50 %) were used as the polymeric additives.

It is shown that the nature of the emulsifier (E-30, volgonat) has virtually no effect on the multiplicity and stability of the resulting foams, so the effect of polymer additives was investigated using an emulsifier E-30. Total concentration of the surfactant E-30 and the foaming of the polymer in solution was 1 % made as used in industrial formulations foaming surfactant concentration is about 1 %. This concentration of surfactant is widely used in laboratory studies.

Results of the study indicate that the number of polymer additives used less effective poly-vinyltriazole and polyethylene oxide. The use of polyethylene oxide increases the stability and while for the complete destruction of the foam 1.2 times, multiplicity decreases from 7.5 to 6.5. Addition of methacrylic acid leads to an increase in foam stability of 1.3 times. Foam stability also depends on the molecular weight of the polymer.

It has been shown that the use of copolymers with vinyltriazola sodium salt of methacrylic acid of varying composition leads to a slight increase in foam stability. Foam stability increases with increasing salt content in the copolymer, and while for the complete destruction of the foam, at the same time increased by 3.5 times. Use as a stabilizing additive vinylimidazole copolymer with sodium salt of methacrylic acid leads to a significant change in foam stability by 2.4 times, while for the complete destruction increased 3.8 times.

Keywords: foaming agent; surface-active agents (surfactants); polymeric additives; foam stability;

multiplicity; while for the complete destruction of foam; polyvinyltriazol; N-vinylimidazole; sodium

salt of methacrylic acid.

REFERENCES

1. Sharovarnikov A. F. Protivopozharnyyepeny. Sostav, svoystva, primeneniye [Firefighting foam. The composition, properties and application]. Moscow, Znak Publ., 2000. 464 p.

2. ShaptalaM. V., Skushnikova A. I., ShaglaevaN. S. Vliyaniye polimerov akrilamidana svoystva ogne-tushashchikh vodopennykh sostavov [Effect of acrylamide polymers for water and foam fire extinguishing properties of formulations]. Vestnik VSIMVD RF — Bulletin of East-Siberian Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia, 2009, no. 1, pp. 37-42.

3. Shaptala M. V., Skushnikova A. I. Polucheniye i primeneniye poverkhnostno-aktivnykh veshchestv na osnove vinilimidazolov [Preparation and use of surface-active substances based on vinylimidazoles]. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya vXXIveke: materialy IX Vserossiyckoy nauchno-prakticheskoy konferetsii studentov i aspirantov [Proc. 9th Conf. "Chemistry and Chemical Technology in the XXI Century"]. Tomsk, 2008, pp. 127-128.

4. Kazakov M. V. Primeneniye poverkhnostno-aktivnykh veshchestv dlya tusheniya pozharov [Application of surfactants for fire extinguishing]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1972, pp. 47-77.

5. Danilovtseva E. N., Annenkov V. V., Skushnikova A. I., Svyatkina L. I. Complexes of 1-vinylazoles with transition metals in radical polymerization. Journal ofApplied Polymer Science, 2000, vol. 78, issue 1,pp. 101-108. doi: 10.1002/1097-4628(20001003)78:1<101::AID-APP130>3.0.CQ;2-V.

Издательство «П0ЖНАУКА»

Представляет книгу

ОГНЕТУШИТЕЛИ. УСТРОЙСТВО. ВЫБОР. ПРИМЕНЕНИЕ

Д. А. Корольченко, В. Ю. Громовой

В учебном пособии приведены классификация огнетушителей и конструкции основных их типов, средства тушения, используемые для зарядки огнетушителей, виды огнетушителей и правила их применения для ликвидации загораний различных веществ, рекомендации по расчету необходимого количества огнетушителей для разных объектов, по их размещению, хранению и техническому обслуживанию.

Рекомендации, содержащиеся в книге, разработаны на основе современных нормативных документов, регламентирующих конструкцию, условия применения, правила эксплуатации и технического обслуживания огнетушителей.

Учебное пособие рассчитано на широкий круг читателей: инженерно-технических работников предприятий и организаций, ответственных за оснащение объектов огнетушителями, поддержание их в работоспособном состоянии и своевременную перезарядку; преподавателей курсов пожарно-технического минимума и дисциплины "Основы безопасности жизнедеятельности" в средних и высших учебных заведениях; частных лиц, выбирающих огнетушитель для обеспечения безопасности квартиры, дачи или автомобиля.

121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru

Огнетушители

Тгпрм гпл ■ йиГ^р ■ П^шщлч