Гелеобразующая рецептура окислительного и нуклеофильного действия для обезвреживания поверхностей
Владельцы патента RU 2351380:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт эластомерных материалов и изделий" (ООО "НИИЭМИ") (RU)
Изобретение относится к полифункциональным обезвреживающим и обеззараживающим рецептурам, которые можно использовать для детоксикации бактериальных сред и высокотоксичных химических веществ на различных поверхностях зданий, сооружений и техники, а также почвы при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций или террористических актов с применением химического и/или биологического оружия в интервале температур окружающего воздуха от минус 30 до плюс 50°С. Гелеобразующая рецептура окислительного и нуклеофильного действия для обезвреживания поверхностей и почвы, зараженных высокотоксичными химическими веществами и микроорганизмами в вегетативной и споровой форме, включает гидроперит и/или пероксид водорода в качестве активного окислителя, гелеобразователь и поверхностно-активное вещество, при этом она дополнительно содержит едкий натр и/или метасиликат натрия в качестве щелочного агента, буферную смесь, состоящую из тринатрий фосфата и мононатрий фосфата, октиловый спирт в качестве стабилизатора-пеногасителя, карбоксиметилцеллюлозу в качестве пленкообразователя, изопропиловый спирт в качестве антифриза, при этом в качестве гелеобразователя используют оксид кремния и/или оксид алюминия, а в качестве поверхностно-активного вещества - сульфанол, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: гидроперит и/или перекись водорода - 12-25, едкий натр и/или метасиликат натрия - 0,4-1,0, оксид кремния и/или оксид алюминия - 1,0-5,0, тринатрий фосфат - 0,3-0,5, мононатрий фосфат - 0,3-0,5, сульфанол - 0,1-0,2, октиловый спирт - 0-0,2, карбоксиметилцеллюлоза - 0,01-0,15, изопропиловый спирт - 0-40, вода - остальное. Гелеобразная рецептура экологически безопасна и безвредна для людей и животных, проста в приготовлении и использовании, экономична в применении. 2 табл.
Изобретение относится к области средств ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, сопровождающихся заражением объектов жизнедеятельности человека бактериальными средствами (БС) и высокотоксичными химическими веществами (ВТХВ), вступающими в реакции окисления и нуклеофильного замещения.
Современные требования к обезвреживающим средствам наряду с высокой эффективностью включают в себя отсутствие собственной токсичности и загрязнения окружающей среды, благоприятный профиль побочных эффектов. В связи с этим постоянно ведутся поиски средств дезинфекции БС и детоксикации ВТХВ, в которых бы оптимально сочетались высокая степень безопасности и безвредности для экологии.
Известны рецептуры окислительно-хлорирующего действия (водные суспензии гипохлорита кальция (ГК), растворы хлораминов различной природы, которые применяются для детоксикации поверхностей зараженных объектов, в том числе, объектов вооружения и военной техники. Для этих же целей используются рецептуры нуклеофильного действия (сольвентные алкоголятные рецептуры, РД-2 и ей подобные, водно-щелочные растворы [Руководство по специальной обработке. - М.: Воениздат, 1988, гл.5.2; Защита от оружия массового поражения. Под ред. проф. В.В.Мясникова. - М.: Воениздат, 1989, с.307]). Часть из них (гипохлориты и хлорамины) обладают определенной дезинфицирующей активностью.
Указанные вещества и рецептуры для обезвреживания ВТХВ являются токсичными и коррозионно-активными агентами. Конечные продукты обезвреживания ими классифицируются как опасные и высокоопасные отходы, требующие дальнейшего обезвреживания. Кроме того, они имеют такие существенные недостатки, как большая норма расхода; необходимость протирания щеткой зараженной поверхности после проведения обработки, что увеличивает продолжительность обработки; разрушение лакокрасочных покрытий и коррозионное воздействие на металлы, пластмассы и эластомеры.
Известны различные рецептуры для дезинфекции БС и обезвреживания ВТХВ, включающие в себя, как правило, в качестве окисляющего и дезинфицирующего компонента соединения, содержащие активный хлор или активный кислород, а также алкоголяты щелочных металлов. Известны также загущенные рецептуры, в которых в качестве загустителя используются: оксид кремния, оксид алюминия, природные глины в количестве до 30% и поверхностно-активные вещества (ПАВ) - алкилдиметиламины и др. (US 6455751, A62D 3/00, 24.09.2002; US 6369288, A62D 3/00, 09.04.2002; WO 03028429 A62D 3/38, 10.04.2003).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является «Композиция для нейтрализации химических и биологических токсических веществ» (RU 2241509, A62D 3/00, 10.12.2004), содержащая водный раствор перекиси водорода или других окислителей, с добавками катионного поверхностно-активного вещества (четвертичная аммониевая соль), водорастворимых полимеров (поливиниловый спирт, гуаровая смола и др.), ингибитор коррозии (диметилэтаноламин, триэтаноламин и др.). Указанная композиция является эффективной для дегазации отравляющих веществ и дезинфекции бактериальных средств. Однако она имеет ряд недостатков: большие потери окислителя при обработке поверхностей, загрязненных жирами и белками из-за взаимодействия с ними присутствующего в композиции катионного ПАВ; нестабильность готового к применению раствора за счет ускоренного разложения перекиси водорода под действием катионного ПАВ, в результате чего срок годности раствора не превышает 6 часов; несовместимость с бытовыми моющими средствами, шампунями и мылами; использование для получения загущенной композиции органических водорастворимых полимеров приводит к образованию на обработанной поверхности полимерной пленки, которую после испарения воды удалять с поверхности трудно.
В свете современных требований перспективные рецептуры должны быть экологически безопасными и безвредными для людей и животных. При массовом применении важное значение имеют простота приготовления и использования, экономическая доступность входящих в рецептуры компонентов.
Технический результат достигается использованием гелеобразующей рецептуры окислительного и нуклеофильного действия для обезвреживания поверхностей и почвы, зараженных высокотоксичными химическими веществами и микроорганизмами в вегетативной и споровой форме, включающей гидроперит и/или пероксид водорода в качестве активного окислителя, гелеобразователь и поверхностно-активное вещество, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит едкий натр и/или метасиликат натрия в качестве щелочного агента, буферную смесь, состоящую из тринатрий фосфата и мононатрий фосфата, октиловый спирт в качестве стабилизатора-пеногасителя, карбоксиметилцеллюлозу в качестве пленкообразователя, изопропиловый спирт в качестве антифриза, при этом в качестве гелеобразователя используют оксид кремния и/или оксид алюминия, а в качестве поверхностно-активного вещества - сульфанол при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
гидроперит и/или перекись водорода - 12-25
едкий натр и/или метасиликат натрия - 0,4-1,0
оксид кремния и/или оксид алюминия - 1,0-5,0
тринатрий фосфат - 0,3-0,5
мононатрий фосфат - 0,3-0,5
сульфанол - 0,1-0,2
октиловый спирт - 0-0,2
карбоксиметилцеллюлоза - 0,01-0,15
изопропиловый спирт 0-40
вода - остальное
Гидроперит или перекись водорода являются окисляющими агентами, метасиликат натрия и/или едкий натр - создают необходимую щелочную среду, оксид кремния и/или оксид алюминия - гелеобразователь, тринатрий фосфат и мононатрий фосфат - образуют буферную смесь для поддержания постоянного значения концентрации водородных ионов (рН), октиловый спирт - стабилизатор-пеногаситель композиции, сульфанол - поверхностно-активное вещество, служит для повышения адгезии рецептуры к обрабатываемой поверхности и увеличения растворимости ВТХВ, пленкообразователь - карбоксиметилцеллюлоза - предназначен для гранулирования компонентов, входящих в состав рецептуры, в легкорастворимые гранулы препарата, вода - в качестве растворителя.
Для использования в зимних условиях в состав рецептуры вводится антифриз, например изопропиловый спирт.
Гелеобразующий компонент рецептуры оксид кремния или оксид алюминия инертен по отношению к окислителю, способствует удерживанию рецептуры на вертикальной поверхности, что увеличивает время взаимодействия окислителя с БС и ВТХВ и приводит к достижению требуемой полноты обезвреживания. Гелеобразующий компонент в смеси с компонентами буферной смеси и поверхностно-активным веществом может использоваться в виде гранулята, что позволяет упростить технологию приготовления рецептуры.
Рецептуры наносятся на зараженную поверхность методом распыления с использованием существующих технических средств.
Детоксицирующую гелеобразующую рецептуру готовят последовательным растворением в воде компонентов в определенной пропорции или гранулята этих компонентов при комнатной температуре.
При отрицательных температурах рецептуру готовят растворением препарата в виде компонентов или гранулята компонентов в водном растворе антифриза.
Экспериментально установлены количественные соотношения компонентов рецептуры. Для достижения положительного оптимального эффекта необходимо использовать (мас.%):
Пример 1
Гидроперит - 13,0
Метасиликат натрия - 1,0
Оксид кремния - 3,0-5,0
Тринатрий фосфат - 0,5
Мононатрий фосфат - 0,5
Сульфанол - 0,1
Октиловый спирт - 0,2
Вода - остальное
Пример 2
Гидроперит - 13,0
Метасиликат натрия - 1,0
Оксид кремния - 3,0-5,0
Тринатрий фосфат - 0,5
Мононатрий фосфат - 0,5
Сульфанол - 0,1
Октиловый спирт - 0,2
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,01
Вода - остальное
Пример 3
Гидроперит - 13,0
Метасиликат натрия - 1,0
Оксид кремния - 3,0-5,0
Тринатрий фосфат - 0,5
Мононатрий фосфат - 0,5
Сульфанол - 0,1
Октиловый спирт - 0,2
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,15
Изопропиловый спирт - 40
Вода - остальное
Пример 4
Перекись водорода (50%-ная) - 25,0
Гидроокись натрия - 0,4
Оксид кремния - 3,0-5,0
Тринатрий фосфат - 0,5
Мононатрийфосфат - 0,5
Сульфанол - 0,1
Октиловый спирт - 0,2
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,05
Вода - остальное
Пример 5
Перекись водорода (50%-ная) - 18,0
Гидроокись натрия - 0,4
Оксид алюминия - 3,0-5,0
Тринатрийфосфат - 0,5
Мононатрий фосфат - 0,5
Сульфанол - 0,1
Октиловый спирт - 0,2
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,05
Вода - остальное
Пример 6
Перекись водорода (50%-ная) - 18,0
Гидроокись натрия - 0,4
Оксид алюминия - 3,0-5,0
Тринатрийфосфат - 0,5
Мононатрийфосфат - 0,5
Сульфанол - 0,1
Октиловый спирт - 0,2
Карбоксиметилцеллюлоза - 0,05
Изопропиловый спирт - 30
Вода - остальное
Приготовленными рецептурами (по примерам 1-3) обрабатывали поверхности, зараженные ВТХВ (дихлофос, метафос). Для распыления рецептур использовались бытовые распылители типа «Квазар».
Для заражения использовались стандартные строительные материалы, невпитывающие (кафельная плитка) и впитывающие (половая керамическая плитка, кирпич, бетон) ВТХВ. После заражения и последующей обработки рецептурами поверхности выдерживали в течение 2-4 часов при комнатной температуре до высыхания рецептуры на поверхности и превращения в порошок. Затем поверхности омывали водой или обрабатывали с помощью пылесоса для удаления остатков порошка. После этого определялось остаточное содержание ВТХВ на обработанной поверхности.
Полученные данные представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| № п/п | Рецептура | Материал обрабатываемой поверхности | Остаточное количество ВТХВ, мг/см2, на обработанной поверхности |
| 1 | Опыт сравнения (рецептура без гелеобразователя) | Кафельная плитка | (4,7±0,6)·10-6 |
| Половая плитка | (1,8±0,3)·10-5 | ||
| Кирпич | (3,6±0,5)·10-5 | ||
| Бетон | (6,4±0,6)·10-5 | ||
| 2 | Пример 1 | Кафельная плитка | <1·10-7 |
| Половая плитка | <1·10-7 | ||
| Кирпич | <1·10-7 | ||
| Бетон | <1·10-7 | ||
| 3 | Пример 2 | Кафельная плитка | <1·10-7 |
| Половая плитка | <1·10-7 | ||
| Кирпич | <1·10-7 | ||
| Бетон | <1·10-7 | ||
| 4 | Пример 3 | Кафельная плитка | <1·10-7 |
| Половая плитка | <1·10-7 | ||
| Кирпич | <1·10-7 | ||
| Бетон | <1·10-7 |
Установлено, что необходимая эффективность обезвреживания поверхностей, не впитывающих ВТХВ (капельная плитка), достигается при однократной обработке с нормой расхода 0,5 л/м2.
Эффективность обезвреживания поверхностей, впитывающих ВТХВ (половая плитка, кирпич, бетон), достигается при двукратной обработке с суммарной нормой расхода рецептуры 1,0 л/м2.
При этом на поверхности остаточное содержание веществ не превышало 1·10-7 мг/см2, что соответствует существующим санитарно-эпидемиологическим требованиям.
Полнота обезвреживания оценивалась также в опытах на лабораторных животных (крысах) при определении острой токсичности продуктов детоксикации. Показано, что образующиеся продукты детоксикации безвредны и относятся к 4 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76.
Окисляющие гелеобразующие рецептуры с использованием перекиси водорода и/или гидроперита детоксицируют молекулы ВТХВ за счет гидролитического разложения и окислительной деструкции с превращением их в малотоксичные соединения.
Экспериментально показано, что необходимая эффективность обезвреживания гелеобразующими рецептурами различных поверхностей, в том числе и вертикальных, достигаются в течение 2-4 часов после проведения обработки с нормами расхода от 0,5 до 1,0 л/м2.
Дезинфицирующая эффективность гелеобразующих рецептур исследовалась как на вегетативных, так и споровых формах микроорганизмов на тех же типах поверхностей, что были названы выше.
В качестве микроорганизмов использовали лабораторные культуры: Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa (вегетативные формы); Bacillus cereus и Bacillus megaterium (споровые формы).
После заражения поверхности через 30 минут обрабатывались рецептурой (Пример 1) с нормой расхода 0,2 л/м2.
По завершении экспозиции взаимодействия предлагаемой рецептуры с тест-микроорганизмами испытуемые поверхности переворачивались и помещались на чашки Петри с полноценным LB агаром (тест на биоцидность).
Полученные данные представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Штаммы бактерий | Обрабатываемые поверхности | Титры нанесенных бактерий | Время экспозиции | |||
| 0,5 часа | 1 час | |||||
| Колич. бактер. | Титр (кл./мл) | Колич. бактер. | Титр (кл./мл) | |||
| Е.coli (вегет. формы) | Кафель | 1·107 | 40 | 400 | Отсутствие | Отсутствие |
| Пол. плитка | 1·107 | 50 | 500 | -\\- | -\\- | |
| Кирпич | 1·107 | 40 | 400 | -\\- | -\\- | |
| Бетон | 1·107 | 5 | 50 | -\\- | -\\- | |
| Ps. aerugenosa (вегет. формы) | Кафель | 1·107 | 5 | 50 | -\\- | -\\- |
| Пол. плитка | 1·107 | 14 | 140 | -\\- | -\\- | |
| Кирпич | 1·107 | 19 | 190 | -\\- | -\\- | |
| Бетон | 1·107 | 11 | 110 | -\\- | -\\- | |
| В.cereus (споры) | Кафель | 1·108 | 40 | 400 | -\\- | -\\- |
| Пол. плитка | 1·108 | 60 | 600 | -\\- | -\\- | |
| Кирпич | 1·108 | 21 | 210 | -\\- | -\\- | |
| Бетон | 1·108 | 29 | 290 | -\\- | -\\- | |
| В. megaterium (споры) | Кафель | 1·108 | 33 | 330 | -\\- | -\\- |
| Пол. плитка | 1·108 | 35 | 350 | -\\- | -\\- | |
| Кирпич | 1·108 | 14 | 140 | -\\- | -\\- | |
| Бетон | 1·108 | 14 | 140 | -\\- | -\\- |
Показано, что дезинфицирующая способность рецептур при обработке поверхностей, зараженных вегетативными и споровыми формами микроорганизмов, достигается при норме расхода 0,2 л/м2 в течение одного часа.
Гелеобразующие рецептуры окислительного и нуклеофильного типа обладают требуемой реакционной способностью по отношению ко всем БС и большинству ВТХВ, эффективны при использовании на любых поверхностях, в том числе вертикальных, под любым углом наклона. Обезвреживание поверхностей, зараженных БС и ВТХВ, осуществляется при небольших нормах расхода и позволяет достичь требуемых значений санитарно-гигиенических нормативов без причинения вреда здоровью человека и животных, а также окружающей среде.
Исходные компоненты для приготовления гелеобразующей рецептуры экономически доступны. Изготовление рецептуры осуществляется с применением стандартного оборудования.
Предлагаемая рецептура эффективна, безвредна, экологически чиста и экономична в применении.
Гелеобразующая рецептура окислительного и нуклеофильного действия для обезвреживания поверхностей и почвы, зараженных высокотоксичными химическими веществами и микроорганизмами в вегетативной и споровой форме, включающей гидроперит и/или пероксид водорода в качестве активного окислителя, гелеобразователь и поверхностно-активное вещество, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит едкий натр и/или метасиликат натрия в качестве щелочного агента, буферную смесь, состоящую из тринатрий фосфата и мононатрий фосфата, октиловый спирт в качестве стабилизатора-пеногасителя, карбоксиметилцеллюлозу в качестве пленкообразователя, изопропиловый спирт в качестве антифриза, при этом в качестве гелеобразователя используют оксид кремния и/или оксид алюминия, а в качестве поверхностно-активного вещества - сульфанол при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| гидроперит и/или пероксид водорода | 12-25 |
| едкий натр и/или метасиликат натрия | 0,4-1,0 |
| оксид кремния и/или оксид алюминия | 1,0-5,0 |
| тринатрий фосфат | 0,3-0,5 |
| мононатрий фосфат | 0,3-0,5 |
| сульфанол | 0,1-0,2 |
| октиловый спирт | 0-0,2 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 0,01-0,15 |
| изопропиловый спирт | 0-40 |
| вода | остальное |
