PL168763B1 - Sposób wytwarzania środka gaśniczego - Google Patents

Abstract

posób wytwarzania środka gaśniczego zawierającego liniowe i usieciowane polimery akrylowe, detergenty i wodę, znamienny tym, że średniocząsteczkowy kwas poliakrylo- wy,korzystnie o średniej masie cząsteczkowej 50 - 100 tys., w postaci roztworu wodnego miesza się z polimerem akrylowym usieciowanym użytym w postaci żelu zawierającego 5 - 50% suchej substancji, otrzymanego przez kopolimeryzację monomerów akrylowych i związków diwinylowych, zawierającego 30 - 80-% grup amidowych w łańcuchu, otrzymaną mieszaninę poddaje się bardzo dokładnemu ujednorodnieniu, a następnie dodaje się środki pianotwórcze, ewentualnie z dodatkami wspomagającymi, koryguje się pH do wartości 6 - 8 uzyskując produkt o zawartości składników wyrażonej proporcją 1 : 1-10 : 0,5-15, który poddaje się ewentualnie granulacji i rozcieńcza się wodą do wymaganego stężenia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania środka gaśniczego, przeznaczonego dla aktywnego gaszenia pożarów oraz zabezpieczającego przed ich rozprzestrzenianiem.

Podstawowym środkiem gaśniczym jest woda. Kierowana na chwilowe odcięcie dopływu tlenu do ognisk pożarowych. Jednak z powodu małej lepkości szybko spływa z gaszonych przedmiotów, zwłaszcza z pionowych powierzchni. Ponadto gwałtowne parowanie wody, przy jej zetknięciu z otwartym ogniem, stwarza zaporę utrudniającą dostęp dalszych jej ilości do palących się materiałów, pogarszając efekt gaszenia.

Zaproponowano wiele różnorodnych środków, rozpuszczalnych w wodzie i poprawiających jej skuteczność. Najczęściej stosuje się środki pianotwórcze, np. siarczanowane alkohole, sulfobursztyniany itp. 2-5% wodne roztwory tych substancji, przy użyciu specjalnych agregatów, przekształcone zostają w obfitą pianę, nie spływającą już z gaszonych przedmiotów. Jednakże krótka żywotność pian gaśniczych, uzyskiwanych przy użyciu znanych dotychczas środków pianotwórczych, uniemożliwia dostateczne ochłodzenie palących się materiałów i po zgaśnięciu piany następuje ponowne rozpalenie się ogniska pożaru. Stąd też w licznych rozwiązaniach, opisanych między innymi w patentach polskich nr 99 815 i 141 562, stosuje się różnorodne stabilizatory podwyższające trwałość pian gaśniczych. Rozwiązania takie prowadzą jednak z reguły do obniżenia stopnia spienienia i znacznego zwiększenia zużycia stosowanych środków.

Innego typu rozwiązania, mające znaczenie również i w profilaktyce pożarowej, bardziej trwałe od pian gaśniczych, polegają na stosowaniu wodnych roztworów substancji mineralnych, rozkładających się z tworzeniem gazów obojętnych i tak np. według patentu polskiego nr 103 215, - skutecznym sposobem zapobiegania samozapalaniu się materiałów polnych, jest pokrycie ich powierzchni cienką powłoką izolacyjną, utworzoną przy użyciu 5% wodnego roztworu krzemianu sodowego, z dodatkiem 0,2% detergentu. Natomiast według zgłoszenia patentowego P-235 294, sposób przeciwdziałania powstawaniu ognisk pożarowych, zwłaszcza w przypadku węgli naturalnych, polega na naniesieniu na ich powierzchnię siarczanu amonu w postaci stałej lub roztworu.

Inny sposób zapobiegania samozapłonowi węgla opisano w patencie polskim nr 94 930. Polega on na naniesieniu na powierzchnię węgla środka, składającego się z CaCh lub MgCk w postaci 25 - 35% wodnego roztworu, zawierającego 0,5 - 5% niejonowych zwilżaczy. Dla zwalczania ognisk pożarowych i profilaktyki pożarowej zwłaszcza górnictwie, proponowano także wodne roztwory kwasu szczawiowego (pat. pol. nr 52 537), mocznika z dodatkiem środków powierzchniowo-czynnych (pat. polski nr 100 718) mocznika i tiosiarczanu sodu (zgłoszenie patentowe P-210 529) lub mocznika i szkła wodnego (zgłoszenie patentowe

168 763

P-235 293), a także krzemianu sodu z dodatkiem wodorotlenków metali i środków obniżających napięcie powierzchniowe (patent polski nr 108 996).

Obszerna grupa środków gaśniczych zawiera w swoim składzie wielkocząsteczkowe polimery, zwłaszcza pochodne kwasu akrylowego. Zdolne do tworzenia szczelnych błon polimerowych, odcinających dostęp tlenu do palących się substancji, wyróżniają się trwałością oraz odpornością termiczną. Często również umożliwiają one znaczne podwyższenie trwałości pian gaśniczych, opóźniają odparowanie wody, a także posiadają pewne właściwości retencyjne i klejące, utrudniające spływanie wody gaśniczej z palących się materiałów. Rozwiązanie takie znane jest np. z niemieckiego opisu patentowego nr 861794. Jego istotąjest stosowanie ekstraktu białkowego, zawierającego 1 - 10%o wagowych rozpuszczalnych w wodzie polimerów kwasu akrylowego lub jego pochodnych. Środek ten spełnia rolę stabilizatora tzw. wzmocnionych struktur pianowych i może być wykorzystywany również dla wytwarzania tworzyw piankowych. Podobne rozwiązanie znane jest także z polskiego opisu patentowego nr 143 311. Według niego, piany gaśnicze o znacznie podwyższonej trwałości uzyskuje się w ten sposób, że w momencie wytwarzania piany, do znanych środków pianotwórczych dodaje się usieciowane i częściowo zhydrolizowane polimery akryloamidu, nie rozpuszczalne w wodzie, korzystnie o uziamieniu poniżej 0,5 mm, w ilości od 1 do 5 części poliakryloamidu na 2 - 5 części środka pianotwórczego i od 150 do 250 części wody, w stosunku objętościowym tych składników. Podobnie z niemieckiego opisu patentowego nr 1. 201. 180, znany jest środek gaśniczy i prewencyjny, utworzony przez dodanie do wody 0,01% wagowych usieciowanego polimeru, nierozpuszczalnego i pęczniejącego w wodzie. Jako typowe przykłady podano sole sodowe usieciowanych kwasów poliakrylowych i polimetakrylowych. Podobnie w polskim zgłoszeniu patentowym P-250 379 opisano sposób gaszenia pożarów, polegający na wprowadzeniu do strumienia wody koncentratu usieciowanych i częściowo zhydrolizowanych polimerów akryloamidu i pokryciu mieszaniną powierzchni palących się przedmiotów. Zastosowanie polimerów akrylowych do gaszenia ognia, opisano także w patencie francuskim nr 1 443 792. Kompozycję według tego wynalazku, złożoną z usieciowanego kopolimeru akryloamidu i akrylanu sodowego, o zdolności żelowania powyżej 20, ekspandowanego perlitu i żywicy epoksydowej, pełniącej rolę lepiszcza, stosować można do gaszenia palących się cieczy.

Opisane wyżej rozwiązania, oparte na żywicach akrylowych, a zwłaszcza na ich usieciowanych odmianach, nie znalazły jednak dotychczas większego zastosowania w praktyce gaśniczej. Przyczyną jest niestabilność proponowanych środków, polegająca na tym, że usieciowane, nierozpuszczalne w wodzie kopolimery ulegają aglomeracji i wytrąceniu z roztworu gaśniczego w czasie magazynowania, transportu lub stosowania. Wytrącone, napęczniałe cząstki żelu usieciowanego polimeru akrylowego uniemożliwiają wytworzenie piany, powodują zatykanie się sit i dysz, stosowanych w konwencjonalnych urządzeniach spieniających.

Nieoczekiwanie problem ten udało się rozwiązać dzięki zastosowaniu specjalnej kompozycji usieciowanych i nieusieciowanych polimerów, pochodnych kwasu akrylowego, w formie dyspersji w roztworze detergentów oraz opracowania specjalnej technologii jej wytwarzania. Okazało się mianowicie, że sporządzając mieszaninę liniowych i usieciowanych polimerów, pochodnych kwasu akrylowego oraz środków pianotwórczych w stosunku wagowym 1:1-10 : 0,5 : 15, można w określonych warunkach uzyskać dyspersję usieciowanego, pęczniejącego w wodzie produktu, o wysokiej stabilności i bardzo wysokim stopniu rozdrobnienia, posiadającą niezwykłe walory gaśnicze i nadającą się do stosowania przy użyciu konwencjonalnych urządzeń. Środek taki można dowolnie rozcieńczać wodą, uzyskując w agregatach pianotwórczych stabilną pianę, doskonale przyczepną nawet do pionowych powierzchni, obniżającą szybkość parowania wody i tworzącą trwałe, szczelne warstwy, odcinające dopływ tlenu od palących się materiałów.

Rozwiązanie według niniejszego wynalazku w sposób istotny różni się od dotychczasowych. Stwierdzono mianowicie, że nie każdy usieciowany kopolimer akrylowy nadaje się do jego urzeczywistnienia. Musi on być użyty w formie żelu o zawartości 5 - 50% suchej substancji, zawierającego 30 - 80% grup amidowych. Najlepiej nadaje się do tego celu produkt wytwarzany pod nazwą Akrygel K-14'” lub Akrygel KM-14. Do wytwarzania środka według wynalazku nie nadają się produkty suche, np. Akrygel RP - nawet w przypadku bardzo wysokiego

168 763 rozdrobnienia. Również produkty o mniejszej lub większej zawartości grup amidowych są mało stabilne i ulegają rozwarstwieniu w czasie magazynowania środka.

Drugim istotnym elementem, w sposobie według wynalazku, jest dobór odpowiedniego, liniowego, rozpuszczalnego w wodzie polimeru. Najlepiej do tego celu nadaje się kwas poliakrylowy o średniej masie cząsteczkowej rzędu 50 - 100 tysięcy, w postaci roztworu wodnego o stężeniu 40 - 50% wagowych, np. produkt wytwarzany pod nazwą handlową Marwit K-5. Produkty o niższych masach cząsteczkowych nie wykazują w stosunku do usieciowanych polimerów wystarczających zdolności dyspergujących, natomiast polimery kwasu akrylowego o wyższych średnich masach cząsteczkowych mają już zbyt wysoką lepkość i działają jako flokulanty.

Niemniej istotnym elementem jest technologia sporządzania środka według wynalazku. Pierwszy jej etap musi polegać na starannym ujednorodnieniu liniowych i usieciowanych polimerów w założonej proporcji. W zależności od posiadanej aparatury można dozować Marwit K-5 do Akrygelu K-14, lub odwrotnie. W toku tej operacji następuje rozluźnienie sieci przestrzennej usieciowanego związku i wbudowanie w jej strukturę liniowego, rozpuszczalnego w wodzie polimeru. Jak wykazano eksperymentalnie, czynnikiem decydującym o prawidłowym przebiegu tej operacji jest wzajemne powinowactwo grup amidowych i karboksylowych obu związków polegające na tworzeniu wiązań poprzez mostki wodorowe. Stąd wymóg odpowiedniej ich wzajemnej proporcji. Kompozycja, uzyskana w wyniku tej operacji może być już dowolnie mieszana z innymi składnikami i wodą, zachowując bardzo wysoki stopień rozdrobnienia i wysoką stabilność.

W sposobie według wynalazku, do jednorodnej kompozycji liniowych i usieciowanych polimerów dodaje się w odpowiedniej ilości środek pianotwórczy. Rodzaj użytego środka nie wywiera już większego wpływu na stabilność kompozycji i można tu stosować zarówno niejonowe jak i anionowe produkty. W celu uzyskania pian gaśniczych o wysokiej stabilności, najlepiej jednak stosować siarczanowane alkohole o 12 - 14 węglach w cząsteczce.

Otrzymany produkt zostaje następnie zneutralizowany, najlepiej przy użyciu trietanoloaminy lub węglanu sodowego i wreszcie w końcowym etapie zazwyczaj już bezpośrednio przed użyciem, rozcieńczony wodą do wymaganego stężenia. Ta ostatnia operacja może być powiązana z neutralizacją, wówczas np. węglan sodowy dodaje się w odpowiedniej proporcji do wody, stosowanej dla rozcieńczenia, zamiast do mieszaniny omówionych wyżej trzech podstawowych składników. Takie rozwiązanie przyspiesza rozpuszczanie środka, a dwutlenek węgla, wydzielający się wskutek rozkładu Na2CC>3, przyczynia się do tworzenia bardziej obfitej piany.

W celu uzyskania środka w formie skoncentrowanej, nadającej się szczególnie do dłuższego przechowywania i ułatwiającej transport, można zastosować również jego granulację przy użyciu znanych urządzeń. W tym celu zastosować należy również odpowiednie dodatki antyzbrylające, zabezpieczające przed sklejaniem się rozdrobnionych cząstek. Nadają się do tego celu drobno zmielone substancje nieorganiczne, np. krzemionka i tlenek glinu, tworzywa sztuczne, zwłaszcza pianka akrylaminowa, wieloalkohole, stałe węglowodory itp.

W rezultacie opisanego wyżej postępowania otrzymuje się środek gaśniczy w formie granulowanej, lub w postaci pasty, lub stężonego wodnego roztworu. Jest on doskonale roztwarzalny w wodzie i łatwy w stosowaniu przy użyciu konwencjonalnych agregatów, a równocześnie zachowuje wysoką stabilność w trakcie magazynowania, transportu i stosowania. Przy jego użyciu uzyskuje się warstwy stałej wody, - nawet na pionowych powierzchniach - odcinające dostęp tlenu od palących się materiałów. Warstwy te, wytwarzane w określonych warunkach w formie obfitej, stabilnej piany, zachowują szczelność w bardzo długim okresie czasu, co umożliwia całkowite ostudzenie gaszonych materiałów i uniemożliwia przeniesienie ognia na zabezpieczane strefy. Nawet w przypadku całkowitego wyschnięcia, tworzą one powłoki uniepalniające, - zdolne do ponownego pochłaniania i zatrzymywania dużych ilości wody, np. z opadów atmosferycznych. Zalety te, w powiązaniu z całkowitym brakiem toksyczności, zarówno samego środka jak i gazów tworzących się w wyniku jego termicznego rozkładu, czynią środek według wynalazku preparatem niezastąpionym w dziedzinie profilaktyki pożarowej, np. dla zabezpieczania przeciwpożarowego składowisk węgla i innych materiałów palnych, tworzenia pasów ochronnych wzdłuż szlaków komunikacyjnych itp.

168 763

Jak wspomniano wyżej, wymienione zalety środka wynikają zarówno z właściwości poszczególnych składników, ich wzajemnej proporcji, jak i sposobu jego wytwarzania.

Usieciowany kopolimer akrylowy, typu Akrygelu K-14 lub KM-14, posiada wysoką zdolność pochłaniania wody i tworzenia stałych żeli (galaret), w których zawartość suchej substancji wynosi poniżej 0,5% wagowych. Żele te bardzo wolno tracą wodę i stosowane są np. w rolnictwie, jako środki wspomagające wzrost roślin w okresie suszy. Procesy wysychania i nasycania wodą są w pełni odwracalne, a w związku z wysoką odpornością tego typu polimerów na procesy starzeniowe, można założyć ich wieloletnią skuteczność.

Działanie liniowych polimerów kwasu akrylowego, typu stosowanego w niniejszym opisie Marwitu K-5, jest wielokierunkowe. Pierwszym zadaniem tego składnika jest rozluźnienie struktury Akrygelu K-14, jego zdyspergowanie w stosowanej kompozycji i zapobieganie rozwarstwianiu się. Jednakże duże znaczenie tego składnika wynika również z jego wysokich właściwości adhezyjnych i błonotwórczych. Korzystny wpływ Marwitu w kompozycji według wynalazku, wynika również z jego zdolności wiązania jonów wapnia i magnezu, obecnych w twardej wodzie. Dzięki temu obecne w układzie usieciowane kopolimery, wykazują wyższą chłonność wody, niż w nieobecności tego składnika.

Korzystny wpływ na chłonność Akrygelu wywierają również detergenty, w szczególności proponowane w niniejszym rozwiązaniu środki pianotwórcze. Wydaje się, że ich aktywne współdziałanie w procesie pochłaniania i zatrzymywania wody wynika nie tylko z rozwinięcia powierzchni i zmniejszenia napięcia powierzchniowego, ale wbudowują się one w sposób trwały w strukturę superabsorbenta, czyniąc ją bardziej podatną na zachodzące procesy dyfuzji i absorpcji. Detergent odgrywa również istotną rolę w podwyższeniu stabilności środka według wynalazku, a także w jego spienieniu i równomiernym rozprowadzeniu po zabezpieczanej lub gaszonej powierzchni. W określonych warunkach, przy zastosowaniu odpowiedniej aparatury, umożliwia on przekształcenie środka w obfitą pianę o wielogodzinnej stabilność.

Ogólnie można stwierdzić wysoki synergizm działania. Każdy z trzech podstawowych składników oddzielnie wykazuje słabszą działalność, niż w kompozycji łącznej, zgodnie z proporcjami podanymi w niniejszym opisie.

Przykład I. W reaktorze laboratoryjnym, zaopatrzonym w wolnoobrotowe mieszadło umieszczono 100 g 40% wodnego roztworu kwasu poliakrylowego o średniej masie cząsteczkowej około 50 000. Po dokładnym wymieszaniu do reaktora wprowadzono drobnymi porcjami 800 g 5% żelu usieciowanego kopolimeru akryloamidu i N, N'metylenobisakryloamidu o stopniu hydrolizy 70%, to jest zawierającego 30% grup amidowych. Po pełnym ujednorodnieniu, do mieszaniny dodano 50 g Rosulfanu L (soli sodowej siarczanowanych alkoholi C12-C15 w postaci roztworu wodnego o stężeniu około 40% wagowych), uzyskując kompozycję w formie bardzo drobnej zawiesiny o wzajemnej proporcji polimerów liniowych do usieciowanych do Rosulfanu L równej 1:1: 0,5. 2 g powyższej kompozycji o pH = 6,15, wprowadzono do 98 g wody destylowanej, zawierającej 1 g węglanu sodowego. Kompozycja rozpuszcza się w wodzie praktycznie natychmiast i towarzyszy jej unoszenie cząstek polimeru oraz wydzielanie baniek CO2. Uzyskano 700 cm³ piany o trwałości powyżej 60 minut. Postępując analogicznie, ale wprowadzając 1500 g Rosulfanu L, uzyskuje się kompozycję o proporcji polimerów liniowych do usieciowanych do Rosulfanu L równej 1:1:15. Uzyskuje się 900 cm3 stabilnej piany o trwałości powyżej 60 minut.

Przykład II. W mieszalniku zetowym umieszczono 800 g 50% usieciowanego kopolimeru akryloamidu o stopniu hydrolizy około 20% (to jest 80% grup amidowych) oraz 100 g 40% roztworu kwasu poliakrylowego o średniej masie cząsteczkowej około 100 000 i mieszano około 1 godziny, a następnie wprowadzono 50 g sulfobursztynianu N-5 (soli dwusodowej monoestru kwasu sulfobursztynowego i oksyetylenowanego nonylofenolu). Uzyskano w rezultacie ujednorodnienia stabilną kompozycję o proporcji polimerów liniowych do usieciowanych do sulfobursztynianu równej 1 : 10 : 0,5. 2 g powyższej kompozycji, po rozpuszczeniu w 98 g wody destylowanej tworzy po spienieniu około 500 cmrpiany o trwałości ponad 60 minut.

Postępując analogicznie, ale wprowadzając 1500 g sulfobursztynianu, uzyskuje się kompozycję o proporcji polimerów liniowych do usieciowanych do sulfobursztynianu równej 1 : 10 : 15. Uzyskuje się 800 cm3 stabilnej piany o trwałości powyżej 60 minut.

168 763

Przykład III. W mieszalniku zetowym umieszczono 1430 g i 14% usieciowanego kopolimeru akryloamidu o stopniu około 50% (to jest 50% grup amidowych) oraz 100 g 40% roztworu kwasu poliakrylowego o średniej masie cząsteczkowej około 100 000 i mieszano około 1 godziny, a następnie wprowadzono 500 g Rosulfanu L (soli sodowej siarczanowanych alkoholi C12-C15 w postaci roztworu wodnego o stężeniu około 40% wagowych). Uzyskano kompozycję w formie jednolitej, gładkiej pasty o wzajemnej proporcji polimerów liniowych do usieciowanych do Rosulfanu L równej 1: 5 : 5,2 g powyższej kompozycji o pH = 7, wprowadzono do 98 g wody destylowanej. Uzyskano 800 cm³ piany o trwałości powyżej 60 minut.

Przykłady mieszanin liniowych i usieciowanych polimerów oraz środka pianotwórczego w granicznych zakresach stosunku wagowego 1 : 1 - 10 : 0,5 - 15.

	Liniowe Marwit K-5 (40%)	Usieciowane	środek pianotwór. Rosulfan L (40%)
Akrygel K-14 (14%)
Stosunek wagowy	1	10	0,5
Ilość gramów s. s	40	40	20
Ilość gramów surowca	100	286	50
Stosunek wag.	1	10	15
Ilość gr. s. s.	40	40	600
Ilość gramów surowca	100	286	1500
Stosunek wag.	1	10	0,5
Ilość gram. s. s	40	400	20
Ilość gramów surowca	100	2860	50
Stosunek wag.	1	10	15
Ilość gram. s. s	40	400	600
Ilość gramów surowca	100	2860	1500
Stosunek wag.	1	5	5
Ilość gram. s. s	40	200	200
Ilość gramów surowca	100	1430	500

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania środka gaśniczego zawierającego liniowe i usieciowane polimery akrylowe, detergenty i wodę, znamienny tym, że średniocząsteczkowy kwas poliakrylowy,korzystnie o średniej masie cząsteczkowej 50 - 100 tys., w postaci roztworu wodnego miesza się z polimerem akrylowym usieciowanym użytym w postaci żelu zawierającego 5 - 50% suchej substancji, otrzymanego przez kopolimeryzację monomerów akrylowych i związków diwinylowych, zawierającego 30 - 80-% grup amidowych w łańcuchu, otrzymaną mieszaninę poddaje się bardzo dokładnemu ujednorodnieniu, a następnie dodaje się środki pianotwórcze, ewentualnie z dodatkami wspomagającymi, koryguje się pH do wartości 6-8 uzyskując produkt o zawartości składników wyrażonej proporcją 1 : 1-10 : 0,5-15, który poddaje się ewentualnie granulacji i rozcieńcza się wodą do wymaganego stężenia.