автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Повышение огнетушащей эффективности противопожарных пен добавлением водорастворимых полимеров

На правах рукописи

ЛЮБИМОВ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ОГНЕТУШАЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ПЕН ДОБАВЛЕНИЕМ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль)

11 НОЯ 2015

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005564344

Уфа-2015

005564344

Работа выполнена на кафедре «Техносферная безопасность» ФГБОУ ВП Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС)

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор химических наук, профессор Скушникова Альвира Ивановна

Султанов Рифкат Мухатьярович

доктор химических наук, старший научный сотрудш ФГБУ «Институт нефтехимии и катализа» Российско" академии науки» / ведущий научный сотрудник

Плотникова Галина Викторовна

кандидат химических наук, доцент, ФГКОУ ВПО «Восточно-Сибирский институт МВД России» / кафедра «Пожарно-техническая экспертиза», доцент

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», г. Москва

Защита состоится 4 декабря 2015 года в 14:30 ч. на заседании диссертационн го совета Д 212.289.05 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяно технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, у Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимски государственный нефтяной технический университет» и на сайте www.rusoil.net.

Автореферат диссертации разослан « »_2015 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета ^ У-—Ризванов Риф Гарифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Проблема предупреждения пожаров и борьбы с ними в России с каждым годом становится всё более актуальной. Растёт производство и потребление нефтепродуктов, спиртов и других горючих жидкостей, при хранении, транспортировании и использовании которых необходимо обеспечивать пожаровзрывобезопасность. При возникновении пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей необходимо иметь огнетушащие средства для их ликвидации. В связи с этим разработка эффективных пенообразующих составов является приоритетом в пожаротушении.

Огнетушащая эффективность пены определяется комплексом физико-химических показателей. В зависимости от назначения важнейшими свойствами пены могут быть такие, как устойчивость, изолирующая способность, термическая устойчивость, вязкость, кратность, самопроизвольное растекание и т.д. С практической точки зрения особый интерес представляет рецептура растворов, позволяющая придать пене эти необходимые свойства. Для стабилизации пен, могут быть использованы высокомолекулярные соединения (полимеры). Водорастворимые полимеры повышают устойчивость пены за счёт загущения водных растворов. При выборе рецептуры многокомпонентных пенообразующих составов перспективно использование полимеров акриламида, ввиду экологической безопасности данных соединений. Установлено, что полиакриламид и его соли легко разлагаются в аэробных условиях на 90 % за 28 дней. Поэтому разработка огнетушащих составов с использованием полимеров и сополимеров акриламида перспективна и актуальна.

Степень разработанности темы

По разработанности темы диссертации проведён поиск аналогичных исследований, в результате чего было выявлено, что исследование взаимодействия промышленных пенообразующих составов с водорастворимыми полимерными добавками проведено в Российской Федерации впервые.

Цель и задачи работы

Цель работы - повышение эффективности тушения легковоспламеняю-щихся и горючих жидкостей при их горении в резервуарах, при розливах, путем разработки новых пенообразующих составов с использованием водорастворимых полимерных добавок различной природы.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:

а) изучить физико-химические свойства полимеров, которые могут быть использованы в качестве добавок к пенообразователям для улучшения их свойств;

б) исследовать влияние стабилизирующих добавок полимеров различной природы, состава и свойств на кратность, устойчивость, время полного разрушения противопожарных пен, полученных на основе биологически "мягких" промышленных пенообразователей;

в) разработать эффективный пенообразующий огнетушащий состав на основе биологически мягких компонентов.

Научная новизна

1 Впервые установлено влияние природы пенообразователя и физико-химических свойств полимеров на свойства воздушно-механической пены, полученной из бинарной композиции «пенообразователь — полимер». Наибольшее стабилизирующее действие на пену оказывают полимеры с высокой молярной массой, способные к образованию структур, упрочняющих водные плёнки пены.

2 Впервые установлено, что введение в пенообразующий состав на основе ПО-6УМ полиакриламида с высокой молярной массой повышает устойчивость пены в 3-17 раз, сокращает время тушения дизельного топлива до 5 раз.

Теоретическая и практическая значимость работы

Изучены свойства полимеров, которые могут быть использованы в качестве добавок к биологически мягким пенообразующим составам для улучшения их показателей. Установлено, что введение полимеров в пенообразующий состав приводит к образованию структурированных адсорбционных слоев, замедляющих время разрушения воздушно-механической пены.

Разработан эффективный пенообразующий состав на основе бинарной композиции 6% биологически мягкого пенообразователя ПО — 6УМ и 0,5 % раствора поли-акриламида молярной массой М = 107, который позволяет получить воздушно-механическую пену со свойствами, необходимыми для применения её в качестве средства, сокращающего время тушения дизельного топлива в 5 раз.

Проведены огневые испытания разработанного пенообразующего состава на базе пожарной команды № 5 по тушению крупных пожаров на железнодорожном транспорте (ВПК-5) г. Иркутска, показали, что предлагаемый пенообразующий состав сокращает время тушения дизельного топлива в 5 раз.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов работы обеспечивалась путем применения широко апробированных, а также оригинальных методов и методик экспериментальных исследований, осуществленных на оборудовании, прошедшем государственную поверку. Перед построением графических зависимостей все массивы экспериментальных данных обрабатывались с использованием методов теории ошибок эксперимента и математической статистики.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2012г.), научно-практической конференции с международным участием «Безопасность - 2013» (Иркутск, 2013 г.), на международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура сибирского региона» (Иркутск, 2014 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 научных статьи в журналах, рекомендованных ВАК, а также 3 статьи в материалах научно-практических конференций.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников, включающего 72 наименования, содержит 115 страниц машинописного текста, 20 рисунков, 53 таблицы и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены проблемы обеспечения пожаровзрывобезо-пасности объектов топливно-энергетического комплекса, объектов транспорта нефтепродуктов, химической, нефтехимической, газовой промышленности путем поиска огнетушащих составов с высокой огнетушащей способностью.

Проведен анализ составов противопожарных пен, являющихся основным огнетушащим средством при ликвидации горения нефтепродуктов, который показал, что наиболее эффективны пены на орнове водорастворимых полимеров. Показано, что устойчивость пены зависит от вида пенообразователя, его концентрации в растворе, структуры и кратности пены. Огнетушащая эффективность пены зависит от характера её взаимодействия с нефтепродуктом и определяется, в первую очередь, соотношением величин поверхностного натяжения, взаимным смачиванием и самопроизвольным растеканием на границе раздела фаз.

Во второй главе приведено описание способов получения пенообразующих составов на основе пенообразователя и стабилизирующих полимерных добавок.

Специфика исследования пены, заключается в практической невозможности создания её эталонного образца. Поэтому большое внимание исследователей уделено методологической стороне, связанной с разработкой устройств и способов исследования физико-химических свойств пены и контролируемых условий пенооб-разования.

Для приготовления растворов полимеров поливинилтриазола (ПВТ, М=6ХЮ4), поливинилпирролидона (ПВП, М=3х104), сополимера винилтриазола с натриевой солью метакриловой кислоты и других низкомолекулярных полимеров на электронных весах БНШАБгиАУ 120 взвешивали заданное количество полимера (0,5 г). Навеску полимера переносили в колбу объемом 200-250 мл и добавляли заданное количество воды. Колбу помещали на магнитную мешалку, смесь перемешивали до образования истинного раствора в течение 1-3 часов, в зависимости от природы используемого полимера.

Для приготовления 0,1% раствора сополимера акриламида (АА) с акриловой кислотой (АК) на технических электронных весах марки ВЛКТ-500-М взвешивают 0,1 г сополимера. Навеску полимера переносят в колбу объемом 250 мл и добавляют 50 мл воды. Оставляют полимер для набухания на 1-2 суток. Затем к образующемуся гелю добавляют оставшиеся 50 мл воды и перемешивают на магнитной мешалке. Полное растворение полимера с образованием истинного раствора происходит в течение 6-7 суток. Подобно готовят растворы сополимера АА с литиевой солью АК (М=1,5*106).

В результате получены композиции биологически «мягких» пенообразователей: ПО-6МТ, ПО-6-ЦБТ-Н, ПО-6УМ с полимерами различной структуры и состава таких, как поливинилпирролидон (ПВП), поливинилтриазол (ПВТ) и его сополимеры с натриевыми солями метакриловых кислот, полиэтиленоксид (ПЭО), сополимер Ы- винилимидазола с метакрилатом натрия, полиакриламид (ПАА) и его сополимеры с акриловой кислотой и литьевой солью акриловой кислоты.

Пенообразующие растворы перемешивают в течение 30 секунд до получения пены. Кратность пены вычисляют как отношение полученного объема пены к 100 см3 раствора, взятого для испытания в стакане прибора объемом 1000 см3:

К=У1/УР, (1)

где Уп — объем образующейся пены, см3;

Ур- объем израсходованного пенообразующего раствора, см3.

Устойчивость пены определяется временем выделения из полученной пены 50% (50 см3) водного раствора. Для определения огнетушащей способности пенооб-разующих составов проводили огневые испытания путём тушения воспламенённой горючей жидкости (дизельное топливо), предварительно налитой в специальный поддон площадью 4 м2 и глубиной 20 см.

К напорному патрубку насоса пожарного автомобиля подсоединяют один конец рукавной линии, состоящей из 2 пожарных рукавов, предварительно соеди-

нённых с пеносмесителем ПС-1У, таким образом, чтобы направление движения воды совпадало со стрелкой на корпусе пеносмесителя. Другой конец рукавной линии соединяют с генератором пены средней кратности ГПС-100У. Всасывающий рукав пеносмесителя опускается в ёмкость с испытуемым пенообразователем. При помощи насоса пожарного автомобиля происходит подача воды под давлением 0,4 МПа. При поступлении воды в пеносмеситель создается разрежение, благодаря которому пенообразователь по всасывающему рукаву подаётся в диффузор корпуса пеносмесителя. Полученный при смешивании с водой раствор пенообразователя подается затем по напорному рукаву в генератор пены средней кратности ГПС-100У, что приводит к получению воздушно — механической пены. За результат испытаний принимается время тушения, которое фиксируется секундомером от момента подачи воздушно—механической пены на зеркало горючей жидкости до момента полной ликвидации горения.

В третьей главе представлены результаты исследования влияние физико-химических свойств полимеров, используемых в качестве добавок, на устойчивость воздушно-механических пен к синерезису.

Одним из основных свойств, характеризующих пену наряду с кратностью и устойчивостью, является изолирующая стойкость. Изолирующие свойства пены определяются её способностью препятствовать испарению горючей жидкости, которую она покрывает, а устойчивость пены к обезвоживанию определяет её изолирующее действие, выраженное снижением скорости поступления паров горючего в зону горения. Соответственно, чем больше пена теряет жидкости, тем толще становятся её пленки, меньше препятствующие испарению горючей жидкости. Скорость синерезиса определяется эффективным диаметром пенных каналов, высотой слоя пены и подвижностью поверхности пенных каналов.

Поскольку основным компонентом промышленных пенообразователей является поверхностно-активное вещество (ПАВ), влияние водорастворимых полимеров на свойства противопожарных пен исследовали с использованием водных растворов ПАВ. В ходе экспериментальных исследований определены устойчивость пены, кратность и время её полного разрушения (таблица 1).

Установлено, что введение сополимера акриламида с акриловой кислотой в пенообразующие растворы на основе ПАВ Е - 30 даже в минимальных концентрациях (0,01 - 0,05 %) приводит к увеличению устойчивости пены в 2 раза. При этом время полного разрушения пены возрастает в 6 раз, кратность пены уменьшается на 30 %, вследствие увеличения ее плотности.

Таблица 1 - Стабилизация пен, полученных на основе ПАВ Е - 30, водорастворимыми полимерами различной природы

Концентрация Кратность Устойчивость Время разруше-

Вид полимера полимера, % пены, К пены (т50), мин ния пены, час

ПАВ Е-30 - 7,5 5,25 1,23

Сополимер АК с 0,5 6 5,51 2,10

диэтиламином, М=2*104

Полиметакриловая кислота, 0,5 5,5 6,76 1,57

М=6*105

Сополимер Ы-винилимидазола с 0,5 5 13,4 4,20

метакрилатом натрия, М=1,5*106

Сополимер акриламида с акрило- 0,01 7,5 7,36 1,41

вой кислотой, М=1,5*106 0,03 7,5 7,91 2,17

0,05 6,5 10,13 3,06

Полиакриламид, М = 1,5 * 106 0,01 7,5 6,35 1,47

0,03 7 8,16 3,00

0,05 7 10,08 3,20

Показано, что полиакриламид (ПАА) оказывает сополимеру акриламида с акриловой кислотой (АА-АК) подобное воздействие на свойства пен, полученных на основе бинарных композиций с различным содержанием полимера в пенообра-зующем растворе (рисунок 1).

Экспериментальными исследованиями установлено, что наибольшей устойчивостью обладает пена, полученная из композиции сополимера Ы-винилимидазола с метакрилатом натрия. Значительное увеличение устойчивости пены (Т50) наблюдается так же при введении в пенообразующий раствор полимеров и сополимеров акриламида, что объясняется наличием у этих полимеров карбонильной С = О группы, способной к образованию донорно-акцепторных связей с металлами и другими электроноакцепторами. Установленная способность пенообразую-

щего раствора к образованию донорно—акцепторных связей способствует образованию структур, упрочняющих водные плёнки и уменьшающих скорость истечения воды из них.

12 п-

X

3

Д 10 ........................................... "ШД-шш^ш-

£ Ш Ш

з аИк ■

§ 8--■ шН---ш^И—

* Г--- ЯМ1 ¡11 = , « р—п #

I Г— " " " Г— Ш Я

* * — Ш— —

к

о -I—гМИЯИМш^'" ШШШ—,—■■ьМБЭи I.. ЛИИ—,

О 0,01 0,03 0,05 0 0,01 0,03 0,05

АА - АК ПАА

Концентрация полимера в пенообразователе, %

Рисунок 1 - Зависимость устойчивости пены к синерезису (т50), от природы и концентрации полимеров акриламида в пенообразующем растворе ПАВ Е - 30

Для установления влияния добавок полимеров различной природы и молярной массы, вводимых в различных концентрациях в пенообразующий раствор на свойства низкократных пен, изучены бинарные композиции биологически мягкого промышленного пенообразователя ПО-6МТ - полимер. Суммарная концентрация полимера в пенообразующем растворе составила от 0,05 до 0,5%.

Показано, что введение в состав пенообразующей композиции сополимера АА—АК приводит к увеличению устойчивости пены в 1,7 раза (таблица 2).

Экспериментально показано, что наиболее эффективной полимерной добавкой является сополимер акриламида с акриловой кислотой (М=1,5*106), введение которой в пенообразующий раствор в количестве 0,05 г приводит к увеличению устойчивости пены в 1,6 раза, время полного разрушения пены увеличивается в 2,5 раза.

О 0,01 0,03 0,05 АА-АК

Концентрация полимера в пенообразователе, %

0 0,01 0,03 0,05 ПАА

Таблица 2 - Стабилизация пен, полученных на основе ПО-6МТ и полимерных добавок различной природы и свойств

Вид полимера Концентрация полимера, % Кратность пены Устойчивость пены (Т50), мин Время разрушения пены, ч

ПО-6МТ+ВОДА - 6,5 5,30 2,43

ПВП (М=3*104) 0,05 6,0 5,52 3,30

ПВТ (М=1,6*104) 0,05 6,00 6,02 3,17

ПЭО (М=1,6*10ь) 0,1 6,5 5,42 2,05

ПЭО (М=2,1»106) 0,1 6 7,45 3,6

АА-АК (М= 1,5*10') 0,05 7 8,61 6

ВТ-Ыа-МАК с содержанием соли 57% 0,1 6 6,03 2,40

ВТ-Ыа-МАК с содержанием соли 77% 0,1 6 6,44 2,46

Для получения сравнительных данных о влиянии добавок полиакриламида и сополимера АА-АК на свойства огнетушащих водопенных составов, проведены исследования свойств пены, полученной из растворов промышленных пенообразователей с добавками данных полимеров. Изучены основные характеристики пенообра-зующих составов, полученных на основе промышленного пенообразователя ПО-6УМ и полимеров винилтразола, винилпирролидона, полиэтиленоксида.

Показано, что введение высокомолекулярного полиэтиленоксида в пенообра-зующий раствор, полученный из пенообразователя ПО-6УМ приводит к увеличению устойчивости пены в 1,3 раза. Установлено, что стабилизирующий эффект данных полимерных добавок зависит от молярной массы полимера и практически не зависит от природы полимера (таблица 3).

Установлено, что увеличение концентрации сополимера АА-АК в пенообра-зующем растворе от 0,01-0,05 % приводит к увеличению устойчивости пены к сине-резису в 1,5 раза.

Введение в водный раствор пенообразователя ПО-6 ЦБТ-Н полиакриламида в концентрации 0,5% приводит к увеличению устойчивости пены в 5,5 раза, а добав-

ка в данный пенообразующий состав сополимера акриламида с литьевой солью акриловой кислоты в концентрации 0,5%, увеличивает устойчивость пены в 10,3 раза (рисунок 2, таблица 4).

Таблица 3 - Стабилизация пен, полученных на основе ПО 6-УМ, водорастворимыми полимерами

Вид полимера Концентрация полимера, % Кратность пены, Устойчивость пены (Т50), мин Время разрушения пены, ч

ПО-6УМ - 8 5,39 3,4

ПВПМ=3,0*10" 0,05 7 6,46 2,35

ПВТ М= 6,0*104 0,05 6 6,18 3,13

ПЭО М=2,1*10° 0,05 7 7,19 3,4

Таблица 4 - Стабилизация воздушно — механических пен, полученных на основе биологически «мягких» промышленных пенообразователей

Вид Концентрация Концентра- Кратность Устойчивость Время разру-

пенообразователя пенообразователя, ция сополи- пены пены, мин шения пены, ч

% об. мера АА -

АК, %

ПО-6-ЦБТ—Н 6,0 0 7,8 6,5 3,0

6,0 0,01 7,5 6,93 3,33

6,0 0,03 7 7,95 3,66

6,0 0,05 7 9,63 4,30

6,0 0,5* 7 35,5 >24

6,0 0,5** 5,7 67,19 >24

ПО-6УМ 6,0 0 7 5,39 3,40

6,0 0,01 7 15,22 4,00

6,0 0,1 7 60,0 5,00

6,0 0,5 6 75,1 7,00

6,0 0,01* 7 16,32 4,30

6,0 0,1* 7 73,3 5,30

6,0 0,5* 7 90,2 12,00

ПО-6МТ 6,0 0 7 5,16 2,30

6,0 0,05 6,5 8,11 4,00

6,0 0,1 6 14,35 5,30

6,0 0,5 6 25,6 6,00

вое 6,0 0 5 4,27 1,37

6,0 0,01 6 14,36 4,20

6,0 0,03 7 26,04 8,05

6,0 0,05 7 35,40 24,00

* - полиакриламид

** - сополимер акриламида с литьевой солью акриловой кислоты

Время, мин

1 -6%раствор ПО-6УМ; 2 - 6% раствор ПО-6УМ + 0,05 % ПВП; 3 - 6%раствор ПО-бУМ + 0,05 % ПВТ; 4 - 6%раствор ПО-6УМ + 0,05 % ПЭО (М=2*106).

Рисунок 2 — Зависимость устойчивости воздушно-механической пены, полученной на основе ПО-6УМ, от природы полимерных добавок

Установлено, что добавка сополимера АА-АК наибольшее влияние оказывает на устойчивость пены, полученной из ПО-6УМ. Введение в пенообразующий состав сополимера АА-АК в концентрации 0,01 приводит к росту устойчивости пены до 2,8 раз, времени её полного разрушения в 1,2 раз и не влияет на кратность пены (К =7-8). Повышение концентрации сополимера АА-АК до 0,5 % увеличивает устойчивость пены в 14 раз (рисунок 3).

Экспериментальными исследованиями установлено влияние концентрации сополимера АА-АК на параметры водопенных огнетушащих составов, полученных на основе ПО - 6МТ. Увеличение концентрации сополимера от 0,05 до 0,5 % в исследуемом растворе приводит к повышению устойчивости воздушно - механической пены в 5 раз, время полного разрушения составляет от 4 до 6 часов (рисунок 4, таблица 4).

40 60 80

Время, мин

1-6% раствор ПО-6 ЦБТ - Н; 2-6% раствор ПО - 6 ЦБТ - Н + 0,5 % ПАЛ; 3-6% раствор ПО -6 ЦБТ- Н + 0,5 % сополимера АА-АК

Рисунок 3 - Зависимость устойчивости пены, полученной на основе ПО-6-ЦБТ-Н, от концентрации полимеров акриламида различной природы

Время, мин

1-6% раствор ПО - 6 МТ; 2-6% раствор ПО - 6МТ + 0,05 %. сополимера АА -АК; 3-6% раствор ПО - 6МТ +0,1% сополимера АА - АК; 4-6% раствор ПО - 6МТ +0,5 % сополимера АА — АК

Рисунок 4- Устойчивость пены, полученной на основе бинарной композиции ПО - 6МТ - сополимер АА-АК

Установлено, что добавка сополимера АА-АК оказывает влияние на устойчивость пены, полученной из ПО-6УМ (рисунок 5).

Выявлено, что добавка сополимера АА-АК значительно увеличивает устойчивость пены, полученной из пенообразователя ВОС с истёкшим сроком хранения.

ПО -6МТ ПО -6УМ

Концентрация сополимера АА - АК в пенообразователе, %

Рисунок 5- Зависимость устойчивости пены к синерезису (т50), от концентрации сополимера АА-АК и природы промышленного пенообразователя

Введение сополимера АА-АК в концентрации 0,01-0,05 % способствует увеличению кратности пены с 5 до 7, а устойчивость пены (т50) в 8,3 раза (рисунок 6).

Время полного разрушения увеличивается в 17,5 раз. Таким образом, наибольшее влияние на устойчивость воздушно-механической пены, полученной на основе биологически «мягкого» промышленного пенообразователя ПО-6УМ оказывают полимеры и сополимеры акриламида.

Поэтому дальнейшие исследования проведены с бинарными композициями «ПО-6У М-полиакриламид» -

О 50 100 150 200 250 300 350

Время, мин

1-6% раствор ВОС; 2-6% раствор ВОС + 0,01 % сополимера АА - АК; 3-6% раствор ВОС +0,03% сополимера .4А - АК; 4-6% раствор ВОС + 0,05% сополимера АА-АК

Рисунок 6 - Зависимость устойчивости пены, полученной на основе ВОС, от концентрации добавок сополимера АА-АК

Лучший результат по увеличению устойчивости пены показало использование полиакриламида (ПАА) высокой молярной массой М = 107 в качестве добавки к пенообразователю ПО-6УМ.

Как следует из рисунка 7, введение в пенообразующий состав на основе ПО-6УМ полиакриламида с высокой молярной массой значительно изменяет консистенцию пены, её способность к выделению отсека.

Показано, что введение в пенообразующий состав данного полимера, в концентрации 0,01 приводит к увеличению устойчивости пены в 3 раза, времени её полного разрушения в 1,3 раза. Повышение концентрации полиакриламида до 0,5 % увеличивает устойчивость пены в 17 раз (рисунок 8).

1 - пена, полученная на основе бинарной композиции ПО — 6УМ +0,5 % полиакршамида, М = 107; 2 — пена, полученная на основе ПО — 6УМ

Рисунок 7 - Сравнительные образцы пены низкой кратности

Ш 1 А2 3 4

í Í А У*

í В s

Г /' У r- \ i

Ti 11 Ar i

i

i i

О 20 40 60 80 100 120 140 160

Время, мин

1 - 6% раствор ПО - 6 УМ; 2 - 6 % раствор ПО - б УМ + 0,01 %. полиакриламида; 3 - 6 % раствор ПО - 6УМ + 0,1 %. полиакриламида; 4 - 6 % раствор ПО - 6УМ + 0,5 %. полиакриламида.

Рисунок 8 - Зависимость устойчивости пены, полученной на основе ПО-6УМ, от концентрации добавок полиакриламида (М = 107)

Ранее проведёнными исследованиями показано, что полимеры и сополимеры винилимидазолов с N - винилпирролидоном, могут вступать в донорно - акцепторное взаимодействие с акцепторами электронов различной природы. Такими центрами в N - винилимидазоле является атом азота в положении 3 имидазольного цикла (N3), а в N - винилпирролидоне карбонильная группа С = О лактамного цикла.

Сополимеры N - винилимидазола с акриловой кислотой имеют такие же до-норные центры, способные к комплексобразованию с ионами переходных металлов и другими акцепторами.

Наличие данного взаимодействия подтверждается смещением полос ИК -спектра при 1493 и 1503 см"1, характеризующих колебания связей С = С и С = N имидазольного кольца (рисунок 9).

I К(И> 1 1400 I 200 КНИ1_.4' И I_Г.11Р

•4 О лгглдл™^:

4 О

-

■4 О 4

ко 5

ко в

1 — поливинилимидазола; 2 - поливинилимидазола + СоСЬ; 3 — поливинил-пирролидона; 4 — поливинилпирролидона + СоСУ^; 5 - сополимера винилимидазола с винилпирролидоном; 6 - сополимера винилимидазола с винилпирролидоном + 1п (СН;СОО)

Рисунок 9 - ИК - спектры

В результате экспериментальных исследований разработан эффективный пе-нообразующий состав на основе бинарной композиции 6% биологически мягкого пенообразователя ПО-6УМ и 0,5 % раствора полиакриламида молярной массой М = 107', обладающий повышенной устойчивостью пены.

В четвертой главе представлены результаты испытаний огнетушащей эффективности противопожарной пены, полученной на основе бинарной композиции ПО-6УМ—полиакриламид.

Учитывая экологическую безопасность полиакриламида и промышленной го пенообразователя ПО-6УМ, в целях исследования огнетушащей эффективности бинарной композиции 6% раствора ПО-6УМ и 0,5 % раствора полиакриламида (М = 10'), показавшей лучшие результаты лабораторного исследования по увеличению устойчивости пены, проведены её огневые испытания на базе пожарной команды № 5 по ликвидации ЧС на железнодорожном транспорте ст. Иркутск — сортировочный.

Для получения сравнительных данных о влиянии добавок полиакриламида и сополимера АА-АК на свойства огнетушащих водопенных составов, проведены исследования свойств пены, полученной из растворов промышленных пенообразователей с добавками данных полимеров. Использовали биологически «мягкие» промышленные пенообразователи: ПО-6-ЦБТ-Н, ПО-6УМ и ПО-6МТ, находящиеся на вооружении в пожарных частях города Иркутска, а так же пенообразователь ВОС (срок хранения 12 лет).

Огневые испытания проводились путём тушения воспламенённой горючей жидкости (дизельное топливо), предварительно налитой в специальный противень площадью 4 м2 и глубиной 20 см (рисунок 10).

Для подачи воздушно-механической пены были задействованы 3 человека личного состава караула пожарной части, а так же использованы следующие элементы пожарно-технического вооружения: 2 напорных рукава диаметрами: 51 мм и 66 мм, пеносмеситель ПС— 1У, а так же генератор пены средней кратности ГПС-ЮОУ.

Рисунок 10 - Горение дизельного топлива в специальном противне

В результате огневых испытаний показано, что время тушения горючей жидкости при помощи промышленного пенообразователя П-6УМ составило 3 минуты 52 секунды, а при помощи бинарной композиции ПО-6УМ и водного раствора полиариламида М = 107 в концентрации 0,5% составило 45 секунд, что в 5 раз сокращает время тушения дизельного топлива (рисунок 11).

Разработанный эффективный пенообразующий состав на основе бинарной композиции 6% биологически мягкого пенообразователя ПО-6УМ и 0,5 % раствора полиакриламида молярной массой М = 107 позволил получить воздушно — механическую пену средней кратности со свойствами, необходимыми для применения её в качестве средства, сокращающего время тушения дизельного топлива в 5 раз.

Рисунок 11 - Тушение дизельного топлива при помощи пены, полученной на основе бинарной композиции П0-6УМ+0,5 % ПАА (М = 107)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Исследовано влияние стабилизирующих добавок полимеров различной природы, молярной массы на кратность, устойчивость, время полного разрушения пены, полученной на основе ПАВ Е - 30 и биологически "мягких" промышленных пенообразователей. Выявлено, что низкомолекулярные полимеры различной природы практически не оказывают влияния на свойства низкократных пен.

2. Изучены свойства полимеров, которые могут быть использованы в качестве добавок к биологически мягким пенообразующим составам для улучшения их свойств. Установлено, что введение полимеров в пенообразующий состав приводит к образованию структурированных адсорбционных слоев, замедляющих время разрушения воздушно-механической пены.

3. Установлено, что наибольшее стабилизирующее действие на противопожарные воздушно — механические пены оказывают сополимеры АА - АК и сополимеры АА с литьевой солью акриловой кислоты (М = 1,5* 106) в концентрации от 0,05 - 0,5 %.

4. Показано влияние природы пенообразователя на свойства пены, полученной из бинарной композиции «пенообразователь — полимеры акриламида» при варьировании концентрации полимеров от 0,01 — 0,5 %. Установлено увеличение устойчивости пены (т50) в 2,8 — 17 раз при использовании биологически мягкого пенообразователя ПО — 6УМ.

5. Разработан эффективный пенообразующий состав на основе бинарной композиции 6% биологически мягкого пенообразователя ПО - 6УМ и 0,5 % раствора полиакриламида молярной массой М = 107, который позволяет получить воздушно — механическую пену средней кратности со свойствами, необходимыми для применения её в качестве средства, сокращающего время тушения дизельного топлива в 5 раз.

Содержание работы опубликовано в 6 научных трудах, в том числе:

- в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, выпускаемых в РФ, в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ:

1. Любимов, В.Н. Влияние полимеров акриламида на свойства противопожарных пен / В.Н. Любимов, А.И. Скушникова // Технологии техносферной безопасности. Интернет-журнал Академии ГПС МЧС России. - 2014. - №1. - С. 154 - 159.

2. Любимов, В.Н. Повышение устойчивости противопожарных пен при помощи полимерных добавок различной природы / В.Н. Любимов, А.И. Скушникова, Т.Г. Ермакова, Л.И. Волкова // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. - №4. - С. 303307.

3. Скушникова, А.И. Использование водорастворимых полимеров для повышения устойчивости противопожарных пен / Скушникова А.И., Любимов В.Н. // Безопасность в техносфере. - 2014. - № 4. - С.55-59.

- в материалах различных конференций и семинаров:

4. Любимов, В.Н. Экологические аспекты использования водорастворимых полимеров в пожаротушении / В.Н. Любимов, А.И. Скушникова // Материалы V международной научно-практической конференции "Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии". — Челябинск, 2012. — С. 61-66.

5. Любимов, В.Н. Влияние водорастворимых полимеров на характеристики пенообразующих составов / В.Н. Любимов, А.И. Скушникова // Материалы научно-практической конференции с международным участием "Безопасностъ-2013":. - Иркутск: ИрГТУ, 2013.- С. 126-130.

6. Любимов, В.Н. Повышение эффективности использования промышленных пенообразователей для тушения пожаров добавлением полимеров акриламида / В.Н. Любимов, А.И. Скушникова // Материалы V международной научно-практической конференции "Транспортная инфраструктура Сибирского региона".-Иркутск: ИрГУПС, 2014. - Т.1.- С.230-234.

Подписано в печать 06.10.15 г. Формат 21x29,7. Бумага писчая Печать цифровая.Усл. печ. л. 0,81 Тираж 102 экз. Заказ № 1215

Отпечатано в типографии « DEPO » Адрес: 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского 4/1, тел. 64-04-80