Термохимический аэрозолеобразующий состав

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.%:

Фосфор красный	38-45
Магний	8-12
Перекись магния	30-54
Окись цинка	0-3
Двуокись свинца	0-4
Двуокись марганца	некоторое количество
Смолистое связующее
(смесь полигликолевой и эпоксидной смол)	10-8

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

Фосфор красный	75-90
Нитрат натрия	10-20
Эпоксидное связующее	4-10

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.%:

Красный фосфор	10
Хлористый аммоний	60
Селитра	30

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.%:

Фосфор красный гранулированный	61-69
Порошок алюминиево-магниевого сплава	11-17
Натрий азотнокислый	8-20
Тиокол	3.2-4.3
Смола эпоксидная	1.4-1.9
Марганца (IV) окись	0.4-0.6
Гексаметилентетрамин	0.1-0.3
Гуанид Ф (дифенилгуанидин)	0.2-0.6
Двуокись кремния	0.3-0.7

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.%:

красный фосфор	30-70
насыщенный водный раствор аммония азотнокислого
или насыщенный водный раствор смеси аммония и
калия азотнокислого в соотношении от 95:5 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 окислителей или окислителей в
соотношении масс раствора окислителя или
окислителей к связующему и/или катализатору
от 97:3 до 85:15	остальное

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.

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.%:

Красный фосфор	30-70
Окислитель, катализатор, связующее	остальное