Патент на изобретение №2342178

(54) ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к аэрозолеобразующим составам, которые могут быть использованы для снаряжения изделий объемного тушения пожаров, «травления» чистых металлических поверхностей с целью образования защитной фосфатной пленки, модификации ржавых металлических поверхностей, очистки от ржавчины и жировых отложений внутренних поверхностей металлических емкостей и трубопроводов и др. Состав содержит 30-70 мас.% красного фосфора, а остальное – кислородсодержащий окислитель, катализатор, связующее. Соотношение масс раствора окислителя к катализатору и/или связующему от 97:3 до 85:15. В качестве окислителя используют насыщенный при температуре 70-100°С водный раствор азотокислого аммония или насыщенный раствор смеси азотокислого аммония и азотокислого калия в соотношении от 90:5 до 70:30. В качестве катализатора используют хлористый аммоний или бихромат аммония. В качестве связующего используют цемент, или гипс, или бишофит, и/или поливиниловый спирт, или поливинилацетат или их смесь. Предложенный состав характеризуется большим выходом аэрозоля ортофосфорной кислоты и низкой чувствительностью к механическим воздействиям. 1 табл.

Изобретение относится к аэрозолеобразующим составам, генерирующим в результате термохимической (экзотермической) реакции аэрозоль (туман) ортофосфорной кислоты и может быть использован для:

– снаряжения изделий объемного тушения пожаров, т.к. ортофосфорная кислота является сильнейшим ингибитором горения;

– «травления» чистых металлических поверхностей с целью образования защитной фосфатной пленки;

– модификации ржавых металлических поверхностей, т.к. горячая Н₃PO₄ вступает в реакцию с окислами железа;

– очистки от ржавчины и жировых отложений внутренних поверхностей металлических емкостей и трубопроводов;

– снаряжения дымовых маскирующих и маркерных изделий, т.к. предлагаемый состав при реакции дает густой белый дым.

Защита металлов от коррозии – одна из актуальных задач, стоящих перед наукой и техникой. Наиболее эффективные методы борьбы с коррозией металлов основаны на использовании ингибиторов коррозии, защитное действие которых связано с созданием на металле защитных фосфатных пленок с высокой адгезией к поверхности.

Создание фосфатных пленок – один из эффективных методов противокоррозионной защиты металлов.

Аэрозоль предлагаемого состава содержит ортофосфорную кислоту, которая при взаимодействии с металлом и продуктами коррозии способна образовывать на поверхности металла прочные нерастворимые пленки из фосфатов.

В бывшем СССР и других странах мира разработаны термохимические (пиротехнические) аэрозолеобразующие составы на основе красного фосфора. Так известен пиротехнический состав белого дыма, содержащий красный фосфор (пат. США №3607472, кл. 149-19, опубл. 21.09.71 г.), включающий, мас.%:

Известен также состав (пат. США №4534810, кл. 149-9.6, опубл. 3.08.85 г.) на основе красного фосфора, содержащий, мас.%:

Известен дымовой состав, обеспечивающий дымообразование при низких температурах и достаточно устойчивый при повышенной влажности (пат. Великобритании №1008576, кл. С1 D8 от 27.10.65 г.), включающий, мас.%:

Недостатками всех этих составов являются: содержание в аэрозоле различных фосфорных кислот (мета-, пиро-, ортополифосфорных), причем содержание ортофосфорной кислоты (наиболее эффективного аэрозолеобразователя) незначительно (10-15%); содержание большого количества твердых конденсированных продуктов сгорания, что препятствует получению защитных фосфатных пленок на металлических поверхностях.

Использование красного фосфора в пиротехнических дымообразующих составах обусловлено рядом трудностей технологического характера, главными из которых являются высокая чувствительность составов к механическим воздействиям и необходимость поэтому специальных мер для обеспечения безопасности при производстве этих составов и изделий из них.

Известен пиротехнический аэрозолеобразующий состав по патенту РФ №2083539, кл. С06D 3/00, С06В 39/06; 21/00 от 25.11.92, в котором в качестве красного фосфора взят гранулированный фосфор с дисперсностью 100-1000 мкм не менее ³/₄ мас.ч. от всего фосфора, в качестве металлического горючего – порошок алюминиево-магниевого сплава в соотношении от 51:49 до 49:51 с удельной поверхностью не менее 1000 см²/г, в качестве нитрата щелочного металла – натрий азотнокислый с удельной поверхностью не менее 400 см²/г, в качестве полисульфидного связующего – тиокол с содержанием серы не менее 30% дополнительно, в качестве связующего содержит эпоксидную смолу, в качестве отверждающих добавок – марганца окись, гексаметилентетрамин, ускоритель отверждения гуанид Ф, в качестве технологической добавки – двуокись кремния с удельной поверхностью не менее 300 м²/г.

Предлагаемый состав, взятый нами за прототип, содержит, мас.%:

Недостатком составов-аналогов и состава-прототипа является их высокая чувствительность к механическим воздействиям (к удару – 3 кл., к трению – 6 кл.), низкий выход ортофосфорной кислоты.

Задачей данного изобретения являлось создание термохимического аэрозолеобразующего состава с большим выходом тумана (аэрозоля) ортофосфорной кислоты и высокая безопасность при его производстве, а именно низкие характеристики чувствительности составов к механическим воздействиям (к трению и удару).

Поставленная задача решается тем, что в аэрозолеобразующем составе, включающем красный фосфор, кислородсодержащий окислитель и связующее, в качестве окислителя и неорганического связующего взяты насыщенный при t=70-100°С водный раствор аммония азотнокислого или насыщенный водный раствор аммония азотнокислого и калия азотнокислого в соотношении от 90:5 до 70:30 или смесь водного насыщенного раствора аммония азотнокислого или смесь окислителей со связующим-вяжущим минералом и/или водорастворимым полимером и/или катализатором разложения окислителя или окислителей в соотношении масс раствора окислителя или окислителей к связующему и/или катализатору от 97:3 до 85-15 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

В составе в качестве вяжущего минерала взят цемент, или гипс, или бишофит, в качестве водорастворимого полимера взят поливиниловый спирт или поливинилацетат или смесь вышеназванных связующих, в качестве катализатора разложения окислителей взят хлористый аммоний или бихромат аммония.

Состав готовят на обогреваемом лопастном смесителе следующим образом. В вышеуказанном смесителе готовят насыщенные растворы окислителя или окислителей согласно температуре (70-100°С) см. И.Т. Горонавский, О.П. Назаренко, Е.Ф. Некряч. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова Думка, 1971, стр. 799. Так, например, в 100 граммах насыщенного водного раствора при 80°С будет содержаться 86.4 г аммония азотнокислого и 13.6 г воды. В насыщенный водный раствор, нагретый до необходимой температуры, добавляют красный фосфор при перемешивании и поддерживании температуры смеси на уровне насыщенного раствора окислителя. После чего, при необходимости, для получения более прочных зарядов добавляют минеральное или органическое связующее или их смесь, а также, при необходимости, катализатор горения.

Разогретые литьевые смеси разливают в корпуса изделий, где при остывании ниже температуры насыщенного раствора превращаются в монолитные заряды.

Основные характеристики состава-прототипа и заявляемого состава приведены в таблице.

Как видно из приведенных в табл.1 и 2 данных, заявляемый состав выгодно отличается от прототипа по выходу основного продукта – ортофосфорной кислоты – в 5-15.7 раза, по чувствительности к трению на 11-14 классов выше, по чувствительности к удару на 6-9 классов выше (т.е. безопаснее, см. ОСТ 3-6609-90, ОСТ В84-2447-90). Огнетушащая способность состава от 18.9 до 55 г/м³. Состав при сгорании в замкнутом объеме образует ортофосфорную кислоту, которая, в свою очередь, с металлом камеры образует аморфную защитную пленку толщиной 100 мкм из фосфатов металла. На ржавых металлических (железных, стальных) поверхностях продукты сгорания состава модифицируют ржавчину, образуя фосфат железа.

Формула изобретения

Термохимический аэрозолеобразующий состав, включающий красный фосфор и кислородсодержащий окислитель, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют насыщенный при температуре 70-100°С водный раствор азотно-кислого аммония или насыщенный раствор смеси азотно-кислого аммония и азотно-кислого калия в соотношении от 90:5 до 70:30, и состав дополнительно содержит катализатор разложения окислителя, в качестве которого используют хлористый аммоний, или бихромат аммония, и/или связующее, в качестве которого используют цемент, или гипс, или бишофит, и/или поливиниловый спирт, или поливинилацетат, или их смесь, в соотношении масс раствора окислителя к катализатору и/или связующему от 97:3 до 85:15, при следующем соотношении компонентов состава, мас.%: