NO337932B1 - Pyroteknisk aerosol-brannslukningsblanding og fremgangsmåte for brannslukning eller flammekvelning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse angår forbedrede flammehemmende aerosoldannende midler, og særlig preparater som omfatter blandinger av kaliumsalt-oksidasjonsmidler og kaliumsalter av organiske syrer.

Oppfinnelsens bakgrunn

Flammehemmende midler er klassifisert som enten aktive (kjemiske) eller passive (fysiske) hemmere. Aktive flammehemmere reagerer kjemisk med og ødelegger friradikaler i flammen. Friradikaler er meget kortlivede spesier som katalyserer flammereaksjoner. Deres fjerning ved innvirkning av kaliumsalter, og særlig halogenider, kan benyttes for å slukke flammer og også å redusere ildvåpens sekundære munningsflamme.

En form for aktive hemmere er en klasse materialer som kalles Halon™ som består av bromerte eller klorerte fluorkarbonforbindelser, f.eks. bromklordifluormetan (CF2BrCl) og trifluorbrommetan (CFsBr). Halon™ materialer har vært benyttet effektivt som flammehemmere i mange år, typisk for å beskytte elektrisk utstyr fordi det er meget få rester som må renses bort. Halon™ flammehemmende midler avbryter typisk en kjemisk reaksjon som skjer når brennstoffer brenner og avhenger av en kombinasjon av kjemisk effektivitet, f.eks. quenching av friradikaler, og en viss fysisk effektivitet, f.eks. avkjøling av forbrenningsflammen og fortynning av forbrenningsbestanddelene. Disse halogenholdige flammehemmere som f.eks. CF3Br bidrar imidlertid til destruering av stratosfærisk ozon. Selv om Halon™ materialer i det vesentlige er ikke-toksiske produserer føring gjennom en flamme eller over varme overflater, noen meget toksiske fluorforbindelser.

For å redusere miljøeffektene som er forbundet med Halon™ er de fleste kommersielt tilgjengelige flammehemmende midler som utvikles i dag passive, dvs. fysisk virkende midler. En passiv hemmer, eller suppressant, reagerer ikke kjemisk med flammen. Disse flammehemmende midler dekker enten det brennende materialet for å forhindre oksygentilgang, eller de fortynner oksygen i omgivelsene til under det punkt som kan opprettholde flammen, eller de avkjøler den brennende overflate til under tenningstemperaturen.

Eksempler på fysiskvirkende flammehemmende midler inkluderer natriumbikarbonat og sand så vel som inertgasser, f.eks. karbondioksid (CO2), vanndamp (H2O) og nitrogen (N2). Rettet mot en flamme fortrenger inertgassene fysisk oksygen fra forbrenningsområdet mens de samtidig tjener som en varmebrønn for å redusere flammetemperaturen. Kombinasjonen av de to fysiske virkninger resulterer i at flammen drepes. Gassformige, passive midler kan ikke benyttes som totale flomningsmidler i bebodde rom fordi de må redusere oksygeninnholdet til under den mengde som vil opprettholde liv. Dette gjelder særlig karbondioksid fordi denne forbindelse også interfererer med human respirasjon ved høye konsentrasjoner.

Uheldigvis har fysiskvirkende flammehemmende midler en tendens til å være mindre effektive enn kjemiskvirkende flammehemmende midler. I henhold til dette kreves en større mengde av fysisk virkende flammehemmere for å kvele en flamme, og som en konsekvens må utstyr og lagring være av større dimensjoner for å ta opp den store mengde. Slikt stort utstyr er en mangel i forbindelse med begrensede rom. Applika-sjoner der rom og vekt er begrenset inkluderer militær- eller sivilfly eller bakkekjøre-tøys motorpleieområder eller - garasjer, bil-, romfart- eller militær- eller sivil luft-fartshangarer og - garasjer. En annen mangel ved tørre, fysiske hemmere er partikkel-størrelsen som krever fysisk blåsing eller skovling for plassering. Den store størrelse for partiklene forhindrer også penetrering av midler til forbrenningsområdet som er tildek-ket eller relativt utilgjengelige.

Som et resultat er relativt små områder typisk utstyrt med håndholdte brannslukkere som krever en person for operasjon. Fordi flyfraktlagre og lagerbeholdere på skip og tog generelt er uovervåket kan brann i slike områder bli alvorlige før noen blir klar over at det er et branntilfelle. Spredningen av flammen fra disse små områder kan resultere i tap av helekjøretøyet. Således avhenger dagens brannslukningsmetoder i slike områder i dag av humanintervensjon og forutsetter at en slik intervensjon skjer hurtig nok til å forhindre at flammen sprer seg og forårsaker skade i stor stil.

Et fordelaktig alternativ til det ovenfor angitte slukningsmiddelsystem er bruken av pyrotekniskgenererte aerosolflamme-friradikalsuppressanter. Denne genereringsmetode kan tilveiebringe slike fine partikler at deres frifallhastighet er mindre enn hastigheten for luftstrømmer i et innelukket rom. Som sådan forblir partiklene suspendert i en avgassende fra den pyrokjemiske generator og oppsøker sågar skjulte flammer som de som kan finnes inne i flylast subcontainere som de LD-3 containere som benyttes i kommersielle fly. De røykliknende suspensjonskarakteristika for aerosolen gir lange "hengetider", noe som henviser til den tidslengde en enkelt generatorfunksjon kan fortsette å undertrykke eksisterende brann. En annen fordel ved slik pyrokjemisk generert aerosol er at deres ozonutarmende potensiale kan nærme seg null, at inhaleringstoksisiteten kan være mye lavere enn den til inertgass, og at ingen toksisk irriterende gasser genereres ved passasje gjennom flamme eller over varme overflater.

Bruken av dagens kjente pyrotekniske flammehemmende aerosolgenererende preparater kan være problematisk. For eksempel genererer en slik aerosol preparater med visse termiske stabilitetsproblemer og er signifikant sensitive til utilsiktet tenning ved mekanisk støt eller friksjon. Denne sensitivitet gir sikkerhetsbekymringer ved fremstilling, lagring og bruk.

Kjente aerosolgenererende flammehemmere produserer typisk urimelig varme og destruktive gasser. Slike gasser kan inkludere permanentgasser og suppressantdamp før kondensering til en aerosol, den for i hvilken flammehemmende virkning ytes. Hvis gassene ikke avkjøles kan konstruksjoner, maskineri, last og levende organismer av alle typer skades. Ved brann i et innelukket rom stiger varme gasser hurtig og kan bære en aerosol-flammehemmer opp over en lavtliggende brann der den ikke kan slukke brannen.

Bruken av faste kjølemidler kondenserer og fanger imidlertid minst en del av aerosolgenererende flammehemmer og gjør den ineffektiv ved å bringe den ut av flammene. Som et resultat er det nødvendig å bruke større mengder aerosolgenererende flammehemmere, noe som på ugunstig måte produserer ytterligere varme og destruktiv gass. Videre er faste kjølemidler tunge og voluminøse, ofte med to eller opptil seks ganger vekten og volumet av aerosolgenererende flammedreper. I tillegg produserer kjølemidlene ofte toksiske gasser som karbon monoxid til skade for personer i omgivelsene.

Som sådan er det således et behov for rene, effektive, ikke-toksiske og ikke-ozonutarmende samt rimelige brannslukningsmidler.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse angår et pyroteknisk aerosol-brannslukningspreparat omfattende et oksidasjonsmiddel representert ved formelen M(XOx)3, der M er valgt ra en gruppe IA-atom, gruppe KA-atom, en gruppe HLA-atom, X er Br, og y er 1-3; og en brenselskomponent omfattende melamin cyanurat, et gruppe IA- eller gruppe IIA-salt av en organisk syre, eller en blanding derav, der den organiske syren er valgt fra gruppen bestående av cyanur-, isocyanur-, barbitur- eller hydroksyeddiksyre,

der n er 0 til 4, og en blanding derav; og hvor vektforholdet

oksidasjonsmiddel:brennstoffkomponent er fra 3:2 til 4:1, og hvor forbrenningsproduktene er valgt fra gruppen bestående av H2O, CO2, nitrogen, et halogenidsalt, et karbonatsalt og blandinger derav.

I en foretrukket utførelsesform er M i oksidasjonsmiddelet M(XOx)y valgt fra gruppen

bestående av kalium og natrium. I en mer foretrukket utførelsesform er XOxet bromat. I henhold til dette er M(XOx)y fortrinnsvis valgt fra gruppen bestående av natriumbromat, kaliumbromat og blandinger derav. I en utførelsesform er oksidasjonsmiddelet til stede i en mengde rundt 70 prosent eller mindre på vektbasis av det totale preparat.

I en foretrukket utførelsesform er brennstoffkomponenten melamincyanurat eller et gruppe IA- eller gruppe IIA-salt av cyanur-, isocyanur-, barbitur-, hydroksyeddik- eller vinsyre. I en annen foretrukket utførelsesform er brennstoffkomponenten valgt fra gruppen bestående av kaliumcyanurat, kaliumtartrat, magnesiumcyanurat, magnesiumtartrat og blandinger derav. Brennstoffkomponenten er til stede i en mengde av rundt 40 vektprosent eller mindre av det totale preparat.

Vektforholdet oksidasjonsmiddel:brennstoffkomponent er fra 3:2 til 4:1.1 en utførelsesform kan preparatene ifølge oppfinnelsen videre omfatte et bindemiddel valgt fra gruppen bestående av et silikat, et cellulosederivat, en cellulose eter, et alginisk bindemiddel, en gummi, en gel, et pektin, en stivelse, en polyvinylforbindelse og en blanding derav, og eventuelt en polyol valgt fra gruppen bestående av en glyserol eller en glykol.

Foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte for brannslukning omfattende å tilveiebringe et pyroteknisk aerosol brannslukningspreparat ved å kombinere et oksidasjonsmiddel representert ved formelen M(XOx)y, der M er valgt fra et gruppe IA-atom, et gruppe IIA-atom eller et gruppe IIIA-atom, X er Br, og y er 1-3; og en brennstoffkomponent omfattende melamincyanurat, et gruppe IA- eller gruppe IIA-salt av en organisk syre, eller blandinger derav, der den organiske syren er valgt fra gruppen bestående av cyanursyre, isocyanursyre eller hydroksyeddiksyre og

der n er 0 til 4 og hvor vektforholdet oksidasjonsmiddel:brennstoffkomponent er fra 3:2 til 4:1, og hvor forbrenningsproduktene er valgt fra gruppen bestående av H2O, CO2, nitrogen, et

halogenidsalt, et karbonatsalt og blandinger derav; å tenne det pyrotekniske aerosol-brannslukningsutstyret og å generere en aerosol omfattende et antall forbrenningsprodukter der aerosolen har en hastighet; og å legge aerosolen på en flamme i en mengde tilstrekkelig til å drepe flammen.

I en foretrukket utførelsesform er oksidasjonsmiddelet valgt fra gruppen bestående av natriumbromat, kaliumbromat og blandinger derav, og brennstoffkomponenten er valgt fra gruppen bestående av melamincyanurat, kalsiumcyanurat, kaliumisocyanurat, kaliumbarbiturat, kaliumhydroksyacetat, kaliumtartrat, magnesiumcyanurat, magnesiumisocyanurat, magnesiumbarbiturat, magnesiumhydroksyacetat, magnesiumtartrat og blandinger derav. I hvert tilfelle er det tilstrekkelig metallioner assosiert med den sure brennstoffdel til å heve pH verdien i det sure brennstoff til over 6,5 og fortrinnsvis over 7,0, men mindre en pH 11 i vannoppløsning. I en annen utførelsesform brenner det pyrotekniske aerosol-flammehemmende preparat for å danne forbrenningsprodukter som er valgt far gruppen bestående av H2O, CO2, nitrogen, et halogenidsalt, et karbonatsalt eller blandinger derav. I en utførelsesform er forbrenningsvarmen for den pyrotekniske aerosol-flammehemmende blanding mellom rundt 250 kalorier per gram og rundt 600 kalorier per gram.

Fremgangsmåten benytter et vektforhold mellom oksidasjonsmiddel og brennstoffkomponent fra 3,2 til 4,1.1 nok en utførelsesform har den pyrotekniske aerosolflammehemmende blanding en forbrenningshastighet på rundt 2 til rundt 23 sekunder per cm.

I en foretrukket utførelsesform omfatter den pyrotekniske aerosol-flammehemmende - blanding videre et bindemiddel. I nok en utførelsesform benytter fremgangsmåten en pyroteknisk aerosol-flammehemmende blanding som er presset inn i minst én formgitt, fastenhet der denne er en sylinder, en blokk, en kon eller liknende. Fortrinnsvis er den minst ene faste formede enhet anordnet i en beholder eller et hus med minst én åpning eller en lufteåpning og en tenningsinnretning. I nok en utførelsesform tenner i det minste en del av tenningsinnretningen den minst ene faste formede enhet.

Foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte for brannslukningen eller kvelning eller undertrykking av flammer omfattende å tilveiebringe en pyroteknisk aerosol-brannslukningsblanding ved å kombinere et oksidasjonsmiddel valgt fra gruppen bestående av natriumbromat, kaliumbromat og blandinger derav, og en brennstoffkomponent valgt fra gruppen bestående av kaliumcyarunat, kaliumisocyanurat, kaliumbarbiturat, kaliumhydroksyacetat, kaliumtartrat, magnesiumcyanurat, magnesiumisocyanurat, magnesiumbarbiturat, magnesiumhydroksyacetat, magnesiumtartrat og blandinger derav, der vektforholdet mellom oksidasjonsmiddel og brennstoffkomponent er fra 3:2 til 4:1; tenning av den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding og å generere en aerosol omfattende et antall forbrenningsprodukt der aerosolen har en hastighet; og å bringe aerosolen mot en flamme i en mengde tilstrekkelig til å kvele flammen.

I en foretrukket utførelsesform har den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding en brennhastighet på rundt 2 til rundt 23 sekunder per cm.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger som brenner hurtig, men ved relativt lav temperatur. Den hurtige avbrenning av blandingene ifølge oppfinnelsen gir en voluminøs flammehemmende aerosol som er nyttig ved slukking og/eller kvelning både av små og store branner. Disse preparater er spesielt nyttige i begrensede områder som rom, motorrom, hangarområder i luftfartsindustrien eller for andre fartøyer, elektroniske volumer med tendens til brann, eller ethvert annet innelukket område. Blandingene ifølge oppfinnelsen inneholder minst ett oksidasjonsmiddel og en brennstoffkomponent omfattende minst ett organisk syresalt, der kombinasjonen gir en hurtigbrennende blanding som brenner ved lave temperaturer ved liten eller ingen flamme. Som benyttet her, benyttes uttrykkene "brann" og "flamme" for å inkludere alle oksidative, avbrennings- eller andre forbrenningsprosesser.

Blandinger

Blandingene ifølge oppfinnelsen brenner fortrinnsvis hurtig ved lave trykk og gir ikke-toksiske produkter, er stabile mot utilsiktet tenning ved mekanisk støt eller friksjon, går ikke hurtig opp i røyk, er luktfri og forbrenner uten erkjennbare flammer. Typisk omfatter blandingene ifølge oppfinnelsen materialer med lav forbrenningsvarme og brenner rent og minimaliserer toksiske og destruktive biprodukter. For å oppnå disse brannkarakteristika omfatter en pyroteknisk aerosol-brannslukningsblanding én uorganisk halogenkomponent som oksidasjonsmiddel, og minst ett organisk salt som brennstoffkomponent, der det uorganiske halogenoksidasjonsmiddel er til stede i en vektmengde større enn det minst ene organiske salt. Således er oksidasjonsmidlene representert ved formelen M(Ox)y, der M er valgt blant et gruppe IA-atom, et gruppe IIA-atom, et gruppe HIA-atom, og y er 1-3. Et suppressivt halogenidsalt som etter gruppe IA-, gruppe ILA- eller gruppe LUA-halidsalt kan settes til preparatet der saltet kan fordampe og rekondensere i de kjøligere områder av reaksjonen og således øke slukkeevnen for aerosolen og øke blandingens brenntemperatur og - hastighet. Typisk er det slukkende halogenidsalt til stede i en mengde på rundt 0,1 til rundt 20 vektprosent, og særlig mellom rundt 1 til rundt 15 vektprosent. I en annen utførelsesform er det slukkende halidsalt til stede i en mengde rundt 3 til rundt 10 vektprosent. Blandinger inneholdende ammonium- eller alkylaminsalter er mindre ønskelige da de på uønsket måte øker håndteringssensitiviteten for blandingene.

Mest foretrukne XOx er bromater.

I en utførelsesform er M et gruppe IA-atom valgt fra gruppen bestående av litium, natrium og kalium. I en annen utførelsesform er M et gruppe IIA-atom valgt fra gruppen bestående av strontium og magnesium. I nok en utførelsesform er M et gruppe ILIA-metall, og spesielt aluminium. Fortrinnsvis er M valgt fra gruppen bestående av natrium og kalium. Kaliumspesier er spesielt nyttige som kjemiskvirkende brannslukkende midler fordi de har vist seg å ha signifikante nivåer av brannslukkende aktivitet. Således er M i en mest foretrukket utførelsesform kalium.

I henhold til dette inkluderer eksempler på oksidasjonsmidler som benyttes i preparatene ifølge oppfinnelsen litiumbromat, natriumbromat, kaliumbromat, eller blandinger derav. Spesielt foretrukne oksidasjonsmidler som benyttes i blandingene ifølge oppfinnelsen inkluderer natriumbromat, kaliumbromat, eller blandinger derav. Mer foretrukket inkluderer oksidasjonsmidlene kaliumbromat eller natriumbromat. Blandinger av disse oksidasjonsmidler kan benyttes for å kontrollere brennhastigheten. I en utførelsesform er oksidasjonsmiddelet til stede i blandingen i en mengde på rundt 70 vektprosent eller mindre av den totale blanding. I en annen utførelsesform er oksidasjonsmiddelet til stede i en mengde på rundt 60 vektprosent eller mindre av den totale blanding. I andre utførelsesformer er oksidasjonsmiddelet til stede i en mengde på rundt 50 vektprosent eller mindre av den totale blanding, 40 vektprosent eller mindre av den totale blanding eller sågar 35 vektprosent eller mindre av den totale blanding.

I en utførelsesform omfatter blandingene ifølge oppfinnelsen kaliumbromat eller natriumbromat som hovedoksidasjonsmiddel. I nok en utførelsesform sinker tilsetting av et karbonat, så som magnesiumkarbonat, brenningsreaksjoner, mens det samtidig tilveiebringes mer karbondioksidgass. Produksjonen av karbondioksidgass fortrenger ethvert volum av oksygen som så forhindrer enhver flamme eller brann fra å fortsette å brenne. Det ytterligere langsommere forbrenningsmiddel kan settes til mengder opptil 25 vektprosent av den totale oksidant. Måling av forbrenningshastigheten og dennes optimalisering er begge lett forstått av fagfolk på området.

Brennstoffkomponenten inkluderer, men er ikke begrenset til melamincyanurat, organiske salter av cyanursyre, isocyanursyre, barbitursyre, hydroksyeddiksyre og blandinger derav. Brennstoffkomponenten kan også være et salt av andre organiske syrer inkludert salter av hydroksyalkandionsyrer med formelen:

der n er 0 til 4, for eksempel vinsyre.

De organiske salter i brennstoffkomponenten er fortrinnsvis gruppe IA- eller gruppe IIA-salter. Således inkluderer foretrukne eksempler på organiske salter benyttet i blandingene ifølge oppfinnelsen uten begrensning litiumcyanurat, natriumcyanurat, kaliumcyanurat, magnesiumcyanurat, litiumisocyanurat, natriumisocyanurat, kaliumisocyanurat, magnesiumisocyanurat, litiumbarbiturat, natriumbarbiturat, kaliumbarbiturat, magnesiumbarbiturat, litiumhydroksyacetat, natriumhydroksyacetat, kaliumhydroksyacetat, magnesiumhydroksyacetat, litiumtartrat, natriumtartrat, kaliumtartrat, magnesiumtartrat eller blandinger derav. Spesielt foretrukne organiske salter i brennstoffblandingene er kaliumcyanurat, magnesiumcyanurat, kaliumtartrat, magnesiumtartrat eller blandinger derav.

I en utførelsesform er det organiske saltet til stede i blandingen i en mengde rundt 50 vektprosent eller mindre, beregnet på den totale blanding. Gjennom en utførelsesform er det organiske salt til stede i en mengde på mindre enn 40 vektprosent eller mindre, og i nok en utførelsesform er det organiske salt til stede i en mengde rundt 25 vektprosent eller mindre av den totale blanding.

Blandinger omfattende et oksidasjonsmiddel:brenselskomopnentforhold på 1:1, som for eksempel kaliumbromat og magnesiumtartrat, brenner hurtig men gir en betydelig rest. Det er funnet at blandinger omfattende en høyere vektmengde oksidasjonsmiddel sammenliknet med den organiske saltkomponent brenner hurtig og klarere med en lavere mengde uorganiske rester. I blandingene ifølge oppfinnelsen er oksidasjonsmiddelet til stede i en større mengde enn organisk salt. I henhold til dette er vektforholdet oksidasjonsmiddel:organisk salt typisk fra større enn rundt 1:1 og tillater derved renere avbrenningsblanding. Vektforholdet er oksidasjonsmiddel:organisk salt fra 3:2 til 4:1.1 en annen utførelsesform er vektforholdet oksidasjonsmiddel:organisk salt fra rundt 11:9 til rundt 3:1.1 en foretrukket utførelsesform er vektforholdet oksidasjonsmiddel:organisk salt rundt 3:2. Det er overraskende funnet at den høyere mengde av oksidasjonsmiddel i forhold til organisk salt, spesielt når oksidasjonsmiddel:organisk salt-forholdet er rundt 3:2, brenner blandingen hurtigere og renere. Alle øvre og nedre grenser for områdene som beskrevet her kan brukes seg imellom for å danne nye grenser. Således omfatter foreliggende oppfinnelse også vektforhold oksidasjonsmiddel:organisk salt på rundt 11:9 til rundt 3:1, fra rundt 11:9 til 3:2 eller sågar fra rundt 4:1 ti rundt 3:1.

I en utførelsesform forblir mindre enn rundt 15 vektprosent av oksidasjonsmiddel/- organisk syre tilbake som rest etter forbrenning. I en annen utførelsesform er mindre enn rundt 10 vektprosent tilbake etter forbrenning.

De pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger ifølge oppfinnelsen gir forbrenningsprodukter som i det vesentlige er ikke-toksiske og forbrenner ved en så lav temperatur at ytterligere kjøling ikke er nødvendig, noe som er spesielt fordelaktig for bruk i begrensede områder. Reaksjonsproduktene kan inneholde H2O, CO2, nitrogen og et halogenholdig biprodukt fra gruppen, som bromid- eller karbonatsalt, f.eks. KBR, K2CO3, MgB2eller MgCCb. Typen halogen som finnes i det halogenholdige biprodukt, avhengig av den uorganiske, halogenholdige komponent som er til stede i brannslukningsblandingen. Blandingene ifølge oppfinnelsen unngår dannelsen av toksiske forbrenningsprodukter i vesentlige mengder som karbon monoxid.

Forbrenningsvarmen for de pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger er mellom 250 og rundt 600 kalorier per gram. I en annen utførelsesform er forbrenningsvarmen for de pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger mellom rundt 300 og rundt 500 kalorier per gram, i spesielt foretrukne utførelesformer er den mellom 400 og 450 kalorier per ram. Forbrenningsvarmen for blandingene ifølge oppfinnelsen er lavere enn forbrenningsvarmen for andre blandinger innen denne teknologi, som for eksempel de som er beskrevet i US patent nr. 5.861.106 og 6.019.177 (der forbrenningsvarmen for blandingene som der angis er rundt 860 kalorier per gram).

Disse forbrenningsprodukter bringes mot flammer for å hemme og/eller slukke flammer eller brann ifølge oppfinnelsen. Halogenid- og karbonatsalter som er suspendert i den ikke-forbrennbare gass bevirker fysisk kjøling av flammen med høye spesifikke varmeprodukter. Når det gjelder små branner ville dette element alene være tilstrekkelig til å slukke flammene. Halogenidsaltene, og særlig bromidsaltene, interfererer effektivt med flammekjemien på grunn av stabiliteten for de atomiske rester. Uten å ønske å være bundet av noen spesiell teori antas det at ved avlevering til brannsonen forårsaker forhøyede temperaturer termisk dissosiasjon av halogenidsaltene, f.eks. KBr —► K' + Br'. De termiske genererte atomiske radikaler kombineres så med radikalspesier som er til stede i forbrenningsreaksjonen og quencher eller avslutter derved forbrennings-prosessen.

Som diskutert kan forbrenningsproduktene etter blandingene ifølge oppfinnelsen inkludere et halogenid som KBr når kaliumbromat benyttes som hovedoksidasjonsmiddel. En mindre mengde ytterligere pulverform i kaliumbromid, -klorid eller -iodid kan settes til blandingen for å øke de flammeundertrykkende egenskaper for aerosolen. Ved reaksjon blir kaliumbromat oksidasjonsmidler redusert til kaliumbromid som så umiddelbart virker i aerosolform til å undertrykke flammen. I en utførelsesform er således kaliumbromat hovedoksidasjonsmiddelet, og rundt 30 til rundt 60 prosent av effluenten er kaliumbromid, den aktive brannhemmer. I en annen utførelsesform inkluderer rundt 40 til rundt 60 prosent av forberedningsproduktene kaliumbromid, særlig rundt 45 til rundt 55 prosent. I en utførelsesform er i det vesentlige alt halogen i en fast form etter undertrykking eller slukking av flammen.

I tillegg, og fordi halogener kan danne uønskede forbindelser som HBr, kan forbren-ningseffluent eller -produkter etter blandingene ifølge oppfinnelsen også inkludere et karbonat som K2CO3. For eksempel kan kaliumbromid være til stede i effluenten i en mengde fra rundt 40 vektprosent til rundt 60 vektprosent av blandingen kan være til stede i en mengde fra rundt 10 vektprosent til rundt 30 vektprosent av blandingen. Effluenten inkluderer også andre gassformige komponenter som vann, karbon, dioksid og nitrogen.

I en utførelsesform inkluderer forbrenningsproduktene rundt 40 vektprosent til rundt 90 vektprosent kaliumbromid, rundt 10 vektprosent til rundt 30 vektprosent kaliumkarbonat, rundt 5 vektprosent til rundt 15 vektprosent vann, rundt 10 vektprosent til rundt 30 prosent karbondioksid og rundt 0,5 vektprosent til rundt 15 vektprosent nitrogen, alt på vektbasis av de totale forbrenningsprodukter. I en annen utførelsesform inkluderer forbrenningsproduktene rundt 40 vektprosent til rundt 55 vektprosent kaliumbromid, rundt 18 vektprosent til rundt 25 vektprosent kaliumkarbonat, rundt 8 vektprosent til rundt 12 vektprosent vann, rundt 15 vektprosent til rundt 25 vektprosent karbondioksid og rundt 1 vektprosent til rundt 10 vektprosent nitrogen. I nok en utførelsesform inkluderer forbrenningsproduktene ifølge oppfinnelsen rundt 45 vektprosent til rundt 50 vektprosent kaliumbromid, rundt 18 vektprosent til rundt 22 vektprosent kaliumkarbonat, rundt 9 vektprosent til rundt 11 vektprosent vann, rundt 18 vektprosent til rundt 22 vektprosent karbondioksid og rundt 2 vektprosent til rundt 12 vektprosent nitrogen.

I det vesentlige, alt halogen i reaksjonsproduktene konverteres til et halogenholdig produkt som fortrinnsvis blir fast når det forlater flammens nærhet. Denne størkning eller solidifisering antas å inntre når reaksjonsproduktene forlater reaksjonsarealet (f.eks. flammen) og avkjøler, noe som derved i stor grad reduserer toksisiteten og det eventuelle ozonutarmingspotensialet for halogen i det halogenholdige biprodukt ved å sikre størkning. Som benyttet her er uttrykket "i det vesentlige, alt" definert til å bety minst 90 vektprosent, fortrinnsvis minst 95 vektprosent og spesielt minst 99 vektprosent av flammedreperblandingen.

Effluentene av blandingen ifølge oppfinnelsen har fortrinnsvis et neglisjerbart ozon deplesjonspotensiale (ODP). Når for eksempel blandingen ifølge oppfinnelsen inkluderer et bromatom er den fortrinnsvis i fast form både før og etter bruk, noe som reduserer ODP til null.

I tillegg er det globale oppvarmingspotensialet GWP for effluent fortrinnsvis rundt 0,4 eller mindre. I en utførelsesform er GWP rundt 0,3 eller mindre. I nok en utførelsesform er GWP rundt 0,2 eller mindre. Når for eksempel blandingen ifølge oppfinnelsen dannes fra et kaliumbromat er det eneste globale oppvarmingsmiddel i effluenten karbondioksid som har en GWP på 1. Fordi karbondioksidet er til stede i effluenten i en mengde fra rundt 10 vektprosent til rundt 40 vektprosent av effluenten, fortrinnsvis rundt 20 vektprosent til rundt 30 vektprosent, og helst rundt 22 vektprosent til rundt 26 vektprosent, er blandingen GWP rundt 0,2.

De pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger ifølge oppfinnelsen kan videre inkludere et bindemiddel. Bindemiddelsystemene som omfattes av oppfinnelsen er fortrinnsvis kjemisk stabile, slik at det ikke inntrer noen reaksjon mellom den uorganiske halogenkomponent og bindemiddelsystemet før bruk. Således kan det bindemiddel som velges for bindemiddelsystemet inkludere en hvilken som helst slik harpiks med en lav flammetemperatur og varmedannelse. Foretrukne bindemidler har god adhesjonsstyrke og er flytende under trykk.

Egnede bindemidler inkluderer, men er ikke begrenset til, silikater, inkludert alkalimetallsilikater, cellulosederivater, celluloseetere, alginbindemidler, gummier, geler, pektiner, stivelser, polyvinylforbindelser eller blandinger derav. Foretrukne bindemidlet inkluderer, men er ikke begrenset til, hydrolysert etylsilikat; natriumsilikat, kaliumsilikat; mykgjort polyvinylalkohol; polyvinylbutyral; polyvinylacetat; cellulosederivater, som hydroksyetyletylcellulose, hydroksypropyl cellulose, hydroksymetyletyl cellulose, natriumkarboksymetylcellulose, metylcellulose, hydroksyetylcellulose, hydroksypropylcellulose, glyserin, polyvinylpyrrolidon, ammoniumalginat; natriumalginat; kaliumalginat; magnesiumalginat; trietanolaminalginat; propylenglykolalginat; gummi arabikum; gatti-gummi; tragakant-gummi, Karaya-gummi; locustbønnegummi; akasiagummi; guargummi; quince see-gummi, xantan-gummi, agar, agarose, karagenaner; fukoidan; furecelleran eller blandinger derav. Andre egnede bindemidler inkluderer, men er ikke begrenset til karboksyterminert polybutadien (CTPB), polyetylenglykol (PEG), polypropylenglykol (PPG), hydroksyterminert polybutadien (HTPB), polybutadienakrylonitril (PBAN), polybutadienakrylsyre (PBAA), butacen (HTPB jernaddukt), glycidylazidpolymer (GAP), polyglykoladipat (PGA) eller kompatible blandinger derav. Bestemmelsen av den egnede bindemiddeltype og andre bindemiddelsystemforbindelser, samt mengder som er egnet for bruken av disse, vil være åpenbare for fagmannen på området når de velges i henhold til den foreliggende lære.

Spesielt foretrukne bindemidler inkluderer hydroksyetylcellulose, hydroksypropylcellulose, polyviny alkohol, glyserin og polyvinylpyrrolidon. Slike bindemiddelsystemer øker styrken for de pressede, faste blandinger ifølge oppfinnelsen.

Bindemidlet er, når det benyttes, fortrinnsvis til stede i en mengde fra rundt 2 vektprosent til rundt 20 vektprosent. I en annen utførelsesform er det til stede i en mengde fra rundt 4 vektprosent til rundt 15 vektprosent, og i nok en utførelsesform fra rundt 8 vektprosent til rundt 12 vektprosent av blandingen.

Polyoler som er velkjente for fagmannen på området kan tilsettes i tillegg til bindemidlet for å mykgjøre bindemiddelmaterialet og å øke produktets tørrstyrke. Eksempler på slike polyoler inkluderer, men er ikke begrenset til glyserol og glykoler som propylenglykol eller polyetylenglykol. Typisk er polyolene til stede i en mengde fra rundt 0,5 vektprosent til rundt 20 vektprosent av blandingen. I en annen utførelsesform er polyolen til stede i en mengde fra rundt 4 vektprosent til rundt 15 vektprosent av blandingen. I nok en utførelsesform er polyolen til stede i en mengde fra rundt 8 vektprosent til rundt 12 vektprosent av blandingen. I nok en utførelsesform er polyolen til stede i en mengde fra rundt 2 vektprosent til rundt 6 vektprosent.

I nok en utførelsesform er bindemiddelsystemet organisk av art og inkluderer minst et bindemiddel eller bindemiddelharpiks og en mykner som beskrevet i US patent nr. 6.019.177, ansett som del av beskrivelsen. Bindersystemet er fortrinnsvis i fast form ved en temperatur under 100°C.

Bindemiddelharpiksen kan inkludere minst ett av et herdbart bindemiddel, et smeltestøpbindemiddel eller et solvatisert bindemiddel, eller blandinger derav. Bindemiddelsystemet kan også inkludere en eller flere av et herdemiddel eller bindemiddel, en antioksidant, et opassitetsgivende middel, en halogenfanger som litiumkarbonat. Ikke-begrensende eksempler på disse additiver er oppsummert i detalj nedenfor.

Herdemidler som er egnet for bruk ifølge oppfinnelsen kan inkludere heksametylendiisocyanat (HMDI), isoforondiisocyanat (IPDI), toluendiisocyanat (TDI), trimetylxylendiisocyanat (TMDI), dimeryldiisocyanat (DDI), difenylmetandiisocyanat (MDI), naftalendiisocyanat (NDI), dianisidindiisocyanat(DADI), fenylendiisocyanat (PDI), xylendiisocyanat (MXDI), andre diisocyanater, triisocyanater, høyere isocyanater enn triisocyanater, polyfunksjonelle isocyanater eller en blanding derav. Mengden herdemiddel som er nødvendig bestemmes generelt av den ønskede støkiometri mellom det herdbare bindemiddel og herdemiddelet. Herdemiddelet er typisk til stede i en mengde opp til rundt 5 prosent. Hvis imidlertid et herdbart bindemiddel benyttes er dette til stede i en mengde fra rundt 0,5 prosent til rundt 5 prosent.

Når et herdemiddel benyttes er en herdekatalysator fortrinnsvis innarbeidet for å aksele-rere herdereaksjonen mellom det herdbare bindemiddel og herdemiddelet. Herdekatalysatoren er, når den benyttes, generelt til stede i en mengde fra rundt 0,1 til rundt 0,3 vektprosent. Egnede herdekatalysatorer kan inkludere alkyl tinn-dilaurat, metall-acetylacetonat, trifenyl-vismut, maleinsyreanhydrid, magnesium oksid eller blandinger derav. I en utførelsesform er herdekatalysatoren en vektprosent lik mengde av hver av trifenyl-vismut, maleinsyreanhydrid og magnesiumoksid.

En opasitetsdanner kan også benyttes i bindemiddelsystemet, generelt i en mengde fra rundt 0,01 til rundt 2 vektprosent. Et eksempel på et egnet slikt middel er sot.

I tillegg kan antioksidanter benyttes ifølge oppfinnelsen. Egnede antioksidanter kan inkludere, men er ikke begrenset til 2,2'-bis(4-metyl-6-tert-butylfenol), 4,4'-bis(4- metyl-6-tert-butylfenol) eller en blanding derav. Antioksidanten er typisk til stede i en mengde opp til rundt 0,1 vektprosent til rundt 1 vektprosent.

Med eller uten de forskjellige additiver har bindemiddelsystemet fortrinnsvis en dannelsesvarme på mer enn rundt 200 kalorier per gram. Bindemiddelsystemer med høye dannelses varmer er ønsket for å lette flammesuppresjon ved 1) å absorbere mer varme fra flammen, og 2) å ha høyere termisk stabilitet for å gi langtidslagring. I en utførelsesform er dannelsesvarmen negativ, fortrinnsvis mindre enn rundt -200 kalorier/gram og spesielt under rundt -400 kalorier/gram.

Bindemiddelsystemet kan inkludere et kurativ, spesielt til stede i en mengde rundt 3 vektprosent eller mindre av det organiske bindersystem, og inkluderer generelt en mykner, typisk til stede i rundt 10 vektprosent eller mer av det organiske bindemiddelsystem. I en utførelsesform er kurativet til stede i en mengde rundt 1 vektprosent til rundt 3 vektprosent. I en annen utførelsesform er mykneren til stede i en mengde rundt 30 vektprosent eller mindre. Dannelsesvarmen for kurativ og mykner må altså innarbeides i dannelsesvarmen for bindemiddelsystemet når der inkluderes. Enhver mykner med egnet lav dannelsesvarme kan benyttes som et triacetin eller dioktyladipat

(DOA).

Blandingene ifølge oppfinnelsen kan videre omfatte andre additiver som faste kjølemidler, metallkorrosjonsinhibitorer, smøremidler, dispergeringsmidler og andre additiver. Slike additiver kan være til stede i en mengde fra rundt 0,1 vektprosent til rundt 15 vektprosent av den totale blanding.

Faste kjølemidler kan settes til blandingene ifølge oppfinnelsen eller anordnes i avgass-veien for ytterligere å avkjøle aerosolstrømmen. Faste kjølemidler inkluderer magnesiumkarbonat og/eller basisk magnesiumkarbonat (dvs. en blanding av magnesiumkarbonat og magnesiumhydroksid), ettringitt, salter av dikarboksylsyre representert ved formelen HOOC(CH2)nCOOH, der n er 0 til 6. Eksempler på foretrukne dikarboksylsyrer inkluderer oksal- eller ravsyre eller blandinger derav. Eksempler på foretrukne hydroksyalkandionsyrer inkluderer vin- (dvs. dihydroksyrav-) eller dihydroksypentandionsyre eller blandinger derav. I henhold til dette inkluderer foretrukne, faste kjølemidler litiumoksalat, natriumoksalat, kaliumoksalat, kaliumhydroksyacetat, magnesiumoksalat, hydrert magnesiumoksalat, litiumsuksinat, natriumsuksinat, kaliumsuksinat, magnesiumsuksinat, ettringitt, basisk magnesiumkarbonat, magnesiumbasisk tartrat (dvs. en blanding av basisk magnesiumkarbonat og magnesiumtartrat) eller blandinger derav.

Metallkorrosjonsinhibitorer inkluderer, men er ikke begrenset til, sebasinsyre, antrim-eller kaliumbenzoat, natrium- eller kaliumsilikat, natriummolybdat, molybdenoksider, firmaproduserte dampfasekorrosjonsinhibitorer (som en kompleks blanding av aminkarboksylater, f.eks. VPCI-307 (tilgjengelig fra Cortec, Inc.)), eller blandinger derav. Korrosjonsinhibitorer som silikater, molybdater, sebasater eller deres frie syrer kan blandes med genereringsblandingen eller anbringes på en pute, pastill eller et belegg i veien for de genererte gassformige produkter. Det aktive middel kan blandes med et fordampbart bindemiddel, for eksempel epoksyharpiks eller silikonharpiks, slik at ablasjonsproduktene fra puten eller belegget eller pastillen blandes med den flammehemmende aerosol og beveger seg med disse til metall- eller andre korroderbare overflater som omgir virkningsarealet. I et annet aspekt kan silikonharpiks blandes med en del av oksidasjonsmiddel for å undergå langsom, eksoterm reaksjon under innretningens virkningstid.

Foretrukne ekstruderingssmøremidler inkluderer POLYOX koaguleringskvalitet polyetylenoksid (tilgjengelig fra Union Carbide Chemicals and Plastics Company Inc. of Danbury, CT) og foretrukne dispergeringsmidler inkluderer D ARV AN® 811 dispersant (tilgjengelig fra R. T. Vanderbilt Company, Inc., Norwalk, Ct).

De pyrotekniske brannslukningsblandinger ifølge oppfinnelsen har høye brennhastigheter. Typisk er brennhastighetene for de pyrotekniske brannslukningsblandinger ved atmosfærisk trykk og temperatur hurtigere enn de blandinger som er beskrevet i US patent nr. 5.861.106 og 6.019.177 (der de beskrevne blandinger har en brennhastighet på rundt 310 sekunder per cm), og kan spesielt være opptil 4-8 ganger hurtigere. Typisk er således brennhastigheten for blandingene ifølge oppfinnelsen ved atmosfærisk trykk mellom rundt 2 og rundt 23 sekunder per cm, fortrinnsvis fra rundt 4 til rundt 16 sekunder per cm, og spesielt fra rundt 6 til rundt 8 sekunder per cm. Slike høye brennhastigheter er fordelaktige fordi man derved unngår å benytte høytrykkskraft for å lette høye brennhastigheter, særlig når blandingene er i ikke-fast tilstand under brenning. Blandingene ifølge oppfinnelsen forblir generelt i fast tilstand, noe som tillater høye brennhastigheter ved lave trykk, som atmosfæriske trykk.

Blandingene ifølge oppfinnelsen viser uventet høy termisk stabilitet. I en blanding som for eksempel inneholder kaliumbromat, et kaliumcyanuratbrennstoff, polyvinylalkohol og polyetylenglykol, er tenningstemperaturen målt ved DSC (differensialskanderende kalorimetri) i området rundt 323-323°C. Dette er en indikasjon på utmerket termisk stabilitet, slik at blandingen kan eksponeres til et vidt spektrum av omgivelses-temperaturer under lagring eller i bruk uten nedbrytning. Slike blandinger kan også ventes å vise utmerket aktiv installasjonslevetid, f.eks. i området rundt 5-15 år.

De pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger ifølge oppfinnelsens hurtige brenning og evne til å produsere i det vesentlige ikke-toksiske produkter ved lave temperaturer tillater at de har andre anvendelser, som i røykgranater, fargesignalinn-retninger, røyktracere, forbindelsesdispergeringsblandinger og luftstrømtracer-innretninger med lavt risikopotensiale. Den tette, opake og ikke-toksiske røyk som produseres, og som er transparent for infrarøde betraktningsinnretninger, gir muligheter i menneskemassekontroll eller i farlige situasjoner som kan oppstå ved opprettholdelse av lov og orden. I tillegg kan de pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger ifølge oppfinnelsen også benyttes som en utstøtningsladning for gjenstander, som infrarøde fakler eller andre type fakler. Den lave reaksjonstemperatur og mangelen på flammer understøtter å mislede observatører og søkerkretser for infrarødtstyrte missiler. Videre kan blandingene ifølge oppfinnelsen benyttes i fingranulert form for å generere gass for å fylle luftposer (kollisjonsputer), særlig der lave temperaturer kreves for å unngå skade på luftposen som sådan.

Fremgangsmåter for fremstilling av blandinger

De pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger ifølge oppfinnelsen fremstilles typisk ved å tildanne nevnte organiske saltbrennstoffkomponent og så å blande det organiske salt med minst ett oksidasjonsmiddel i en mengde tilstrekkelig til forbrenning for å unngå produksjon av toksiske forbrenningsreaksjonsprodukter under forbrenning av blandingen.

Den organiske saltbrennstoffkomponent tildannes ved å tilveiebringe en gruppe IA-eller gruppe LTA-base, som for eksempel et karbonat eller hydroksid, og å bringe denne base i kontakt med en organisk syre for å danne et gruppe IA- eller gruppe LIA-organisk salt så vel som vann og/eller karbondioksid som biprodukter. Fortrinnsvis skjer reaksjonen i et vandig medium, og særlig med varme fra rundt 25 til rundt 100°C og omrøring, eller annen mekanisk agitering. Det vandige medium omfatter vann og eventuelt ett eller flere vannblandbare solventer som er velkjent for fagmannen på området. Den organiske syre og gruppe IA- eller gruppe LIA-basen kan settes til det vandige medium i sekvens i en hvilken som helst rekkefølge, eller samtidig. Typisk omsettes gruppe IA- eller gruppe LIA-basen i et 1:1 molforhold med den organiske syren, selv om forholdet kan variere. For eksempel kan gruppe IA- eller gruppe IIA-basen omsettes i overskudd av molekvivalenten av organisk syre, for eksempel opptil to molekvivalenter av gruppe IA- eller gruppe LIA-basen, eller den organiske syre kan omsettes i overskudd av molekvivalentene gruppe IA- eller gruppe LIA-basen, for eksempel opptil tre molekvivalenter organisk syre.

Avhengig av typen organisk syre skjer reaksjonen ved et ønsket pH-område. Typisk skjer reaksjonen mellom gruppe IA- eller gruppe ILA-basen, og organisk syre ved en pH-verdi fra rundt 5,5 til rundt 10. Mer spesielt skjer reaksjonen ved en pH-verdi ved rundt 6,0 til rundt 9. Helst skjer reaksjonen ved en pH-verdi rundt 6,5 til rundt 8.1 ett eksempel hever tilsetningen av en halv ekvivalent av gruppe IA- eller gruppe LlA-base til den organiske syre, dvs. en halv molekvivalent gruppe IA- eller gruppe LlA-base per mol organisk syre, pH-verdien til mellom 5,5 og 7,0, på hvilket tidspunkt reaksjonsblandingen blir et pH-buffersystem. Som en konsekvens er generanten meget stabil under lagring og reduserer enhver mulig korrosjon av metallholdige overflater.

I en utførelsesform kan tilsetning av mer enn én ekvivalent av en gruppe IA- eller gruppe LlA-base til organisk syre med fordel øke mengden av gruppe IA- eller gruppe ILA-karbonater og/eller gruppe IA- eller gruppe LlA-oksider, som produseres ved bruken av de pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger. Typisk reagerer den første ekvivalent av gruppe IA- eller gruppe LIA-basen med den organiske syre ved lav temperatur, generelt mellom rundt 10°C til rundt 50°C, avhengig av basen og den organiske syre som velges. For eksempel skjer reaksjonen av en første ekvivalent kaliumkarbonat med cyanursyre ved rundt 15°C til rundt 40°C. Enhver gruppe IA- eller gruppe LlA-base i overskudd av den første ekvivalent reagerer eksotermt med den organiske syre ved rundt 70°C til rundt 120°C. Følger man eksemplet ovenfor skjer reaksjonen for en andre ekvivalent av kaliumkarbonat med cyanursyre ved rundt 85°C til rundt 94°C. Når først den organiske saltbrennstoffkomponent er dannet blir den eventuelt isolert, renset og/eller pulverisert videre på i og for seg kjent måte for fagmannen før omsetning med oksidasjonsmidler. Det organiske salt inneholder typisk mellom rundt 0,15 til rundt 3 mol av gruppe IA- eller gruppe ILA-atomer per mol sure seter på den organiske syre. Fortrinnsvis inneholder det organiske salt mellom rundt 0,20 og rundt 2,5 mol av gruppe IA- eller gruppe LLA-atomer per mol sure seter av den organiske syre. Mer foretrukket inneholder det organiske salt mellom rundt 0,1 og rundt 1,0 mol av gruppe IA- eller gruppe IIA-atomer per mol sure seter av den organiske syre. I en ytterligere foretrukket utførelsesform inneholder det organiske salt mellom rundt 0,40 og rundt 0,70 mol av gruppe IA- eller gruppe IIA-atom per mol sure seter av den organiske syre. Som nevnt ovenfor kan alle øvre og nedre grenser av områdene som beskrevet her byttes om hverandre for å danne nye områder.

Den organiske saltbrennstoffkomponent omsettes eller bringes i kontakt med et oksidasjonsmiddel i en tilstrekkelig mengde, slik at den resulterende, pyrotekniske aerosol brannslukningsblanding gir ikke-toksiske reaksjonsprodukter når de brennes. Som diskutert ovenfor er vektforholdet oksidasjonsmiddel:organisk salt fortrinnsvis fra større enn rundt 1:1 for å tillate renere avbrennende blandinger. I en utførelsesform er vektforholdet oksidasjonsmiddel:organisk salt fra rundt 11:9 til rundt 4:1.1 nok en utførelses-form er vektforholdet oksidasjonsmiddel:organisk salt fra rundt 3:2 til rundt 3:1.1 en foretrukket utførelsesform er vektforholdet oksidasjonsmiddel:organisk salt rundt 3:2. Disse mengder gir hurtigbreimende pyrotekniske aerosol brannslukningsblandinger mens det samtidig unngås at det dannes toksiske forbrenningsprodukter. Videre brenner slike blandinger ved relativt lav temperatur og er stabile overfor tilfeldig tenning på grunn av mekaniske støt eller friksjon. Den produserte aerosol stiger ikke hurtig oppover sammenliknet med kjente, pyrotekniske aerosoldannere.

Den organiske saltbrennstoffkomponent og oksidasjonsmidler kan kombineres ved mekanisk blanding, med eller uten anvendelse av ytterligere fluid fase, filtreres, tørkes og formes til faste enheter som pellets, skiver, granuler med en tetthet på mellom rundt 1,0 og rundt 3,0 gram per kubikk centimeter. Fortrinnsvis er tettheten for de faste enheter mellom rundt 1,5 og rundt 2,8 gram per kubikk centimeter, og mer spesielt fra rundt 2,0 til rundt 2,5 gram per kubikk centimeter. Ethvert bindemiddel eller annet additiv tilsettes typisk under kombinasjonen og blandingen av organisk saltbrennstoffkomponent og oksidasjonsmiddel for å danne den endelige pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding.

I en utførelsesform kan den organiske saltbrennstoffkomponent og oksidasjonsmiddel-blandingen kompounderes for å gi et noe mindre volum av oksygen i avgassproduktene. Oksygenholdige blandinger gir gass med lavere temperatur og økt konsentrasjon av brannslukkende aerosol. Fortrinnsvis er innholdet av gassformige oksygen ved eller under 12 volum-%. Oksygeninnhold på 12 volum-% eller derunder påvirker ikke negativt den brannslukkende virkning for aerosolen. I en mer foretrukket utførelsesform er oksygeninnholdet enhet ved eller under 7 volum-%. I disse tilfeller kan andelen av metall halogenoksidasjonsmiddel økes.

I en utførelsesform blir blandingen av organisk saltbrennstoffkomponent og oksidasjonsmiddel granulert og/eller tørket ved bruk av i og for seg kjente metoder. De tørkede granuler presses for å gi en tett, sterk og kompakt aerosolgenererende masse. For å øke brennhastigheten kan granulene benyttes direkte, eller massen kan ekstruderes for å danne sylindere med liten diameter eller gjennomhullede eller porøse sylindere med økt overflateareal.

I en annen utførelsesform kan de pyrotekniske aerosol-brannslukningsblandinger fremstilles kontinuerlig i en skrueekstruder, for eksempel en dobbeltskrueekstruder. Et smøremiddel og et dispergeringsmiddel settes til den innkomne strøm av pulverformig organisk syre, gruppe IA- eller gruppe ILA-base oppløsning, bindemiddel og oksidasjonsmiddel i dobbeltskrueekstruderen. For eksempel kan smøremidlet og dispergeringsmidlet settes til som en enkelt oppløsning inneholdende 0,1% POLYOX<®>koagulant kvalitets polyetylenoksid og 0,25% DARVAN<®>811 dispersant. Blandingen av organisk syre, gruppe IA- eller gruppe ILA-base, bindemiddel og oksidasjonsmiddel kan ekstruderes ved mellom rundt 10% og rundt 25% vanninnhold, og særlig rundt 12% til rundt 20% vanninnhold, og omdannes i den ønskede faste enhet som sylindere eller andre egnede former for eventuell pyroteknisk aerosolanvendelse.

Den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding ifølge oppfinnelsen kan benyttes som pressede eller ekstruderte pellets, sylindere eller plater eller liknende i et generatorhus. Kornene i den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding kan ha et tykt tverrsnitt, f.eks. store grossnitt, og allikevel gi en relativt høy brennhastighet/kort brennetid. I en utførelsesform har såo ledes tverrsnittet for kornene et areal mellom rundt 0,1 cm 2 til rundt 1 cm<2>, mens det opprettholdes en brennhastighet på minst 0,008 sekunder per cm ved atmosfærisk trykk.

Innretninger

Blandingene som er beskrevet ovenfor kan dispergeres som en aerosol ved bruk av forskjellige innetninger. Ikke-begrensende eksempler på dispergeringsinnretninger skal gis nedenfor.

I en utførelsesform blir blandingene anbrakt i en beholder eller et hus, typisk et stivt kammer, med minst én åpning for å avgi blandingen som forbrenningsprodukt i en aerosol. Fortrinnsvis er beholderen eller huset en sylinder, selv om en beholder av en hvilken som helst form kan benyttes, inkludert langstrakte beholdere med forskjellige tverrsnittsformer som trekantet, kvadratisk, rektangulært, ovalt eller liknende. Beholderen eller huset består fortrinnsvis av metall, en kompositt eller en annen uorganisk konstruksjon som en keram, slik at forbrenningstemperaturen for blandingen ifølge oppfinnelsen ikke skader eller ødelegger den. Beholderen eller huset er fortrinnsvis i stand til å motstå indre trykk på minst rundt 50 psi. Beholderen eller huset kan ha lang-strakt form for å tillate montering langs en vegg eller ved krysningen mellom vegg og tak. Et fast kjølemiddel kan anordnes i beholderen eller huset i eksosveien for ytterligere å avkjøle aerosolstrømmen som skapes ved forbrenning av den pyrotekniske aerosol-blanding.

Fortrinnsvis blir den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding presset inn i en formet fastenhet, som sylindere, blokker, plater, koner og liknende, og arrangert på en fast overflate som en plate med forskjellige former (f.eks. sirkulær, kvadratisk, rektangulær, triangulær, oval eller liknende). Den flate overflate kan bestå av et hvilket som helst materiale som er inert og i stand til å motstå forbrenningen av den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding, for eksempel en laminert fenoltekstil. I foretrukne utførelsesformer er den ytrekant av den flate overflate hevet for å danne en leppe der en andre, tilsvarende formet flat overflate med en hevet ytre kant er festet over den formede faste enhet, og den andre flate overflate er anordnet for å danne en ringavluft-ning rundt omkretsen av beholderen som består av de to flate overflater.

Typisk er tenningsinnretning festet til den ytre leppe av beholderne og initierer brenningen av den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding for å avgi en tykk flammedrepende eller -hemmende aerosol som inneholder ikke-toksiske forbrenningsprodukter, som beskrevet her. Den dannede aerosol stiger uventet ikke hurtig sammenliknet med de genererte damper eller tilsvarende i blandinger som er beskrevet i teknik-ken, herunder inkludert US patent nr. 5.861.106 og 6.019.177. Tenningen lettes ved hjelp av et elektrisk signal, en trekktenningsaktivator, perkusjonsprimer eller pyrotekniske termalsensorer.

Fortrinnsvis har hver formede enhet en diameter i området 0,04 cm til rundt 1,18 cm og har en vekt rundt 1 gram til rundt 350 gram. I en utførelsesform er den formede faste enhet anordnet symmetrisk på den flate overflate og fortrinnsvis festet til denne ved hjelp av et adhesiv som en silikon RTV gummi, epoksy eller en komposittstruktur av uorganiske avkjølende materialer som støper ettringitt pluss en mindre andel adhesiv.

I en utførelsesform er en sikt eller netting anordnet mellom den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding og ringavluftningen og virker som støtte for faste kjølemidler som kan benyttes for å opprettholde lav temperatur i eksosstrømmen. Unnviknings-rommet for aerosolen er fortrinnsvis forseglet med en impermeabel folie, film eller en trykkfølsom tape, som aluminium, for å stanse innløp av ekstern fuktighet eller andre elementer før bruk. Ved tenning øker trykket inne i beholderen og bryter den imperme-able folie, film eller trykkfølsomme tape, og dette frigir flammeslukkende aerosol.

Eksempler

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil forstås bedre under henvisning til de følgende eksempler. Mens dette eksempel er ment å være illustrerende for drivblandinger som fremstilles ifølge oppfinnelsen er oppfinnelsen ikke begrenset av vedfølgende eksempel.

Eksempel 1: Fremstilling av en pyroteknisk aerosol- brannslukningsblanding

Rundt 165 gram kommersiellkvalitets cyanursyredihydrat anbringes i en glasskolbe og 92 gram vannfritt kaliumkarbonatpulver tilsettes. Rundt 75 mL destillert vann settes så til blandingen for å danne en tykk oppslemming. Reaksjonen mellom cyanursyre og kaliumkarbonat danner en karbondioksidgass som fortsatt genererer karbondioksid under oppvarming av reaksjonsblandingen til over 100°C, og blander kaliumcyanurat. Under denne prosess ser man at granuler av cyanursyre krymper og tilslutt forsvinner. Etter at reaksjonsblandingen er avkjølt til romtemperatur og overskytende væske dekantert tilsettes rundt 260 gram oppmalt kaliumbromat, og reaksjonsblandingen blandes videre. En tilstrekkelig mengde polyvinylalkoholoppløsning (CELVOL 21205 eller ekvivalent, tilgjengelig fra Celanese, Calvert City, KY) for å tilveiebringe rundt 1,5% polyvinylalkoholbindemiddel i sluttproduktet. Ytterligere 1,5% glyserol settes til for å mykne polyvinylalkoholbindemidlet og øke tørrstyrken for sluttproduktet. Reaksjonsblandingen granuleres og tørkes og gir en blanding omfattende kaliumcyanurat og kaliumbromat for bruk som pyroteknisk aerosol-brannslukningsblanding. Mengden av kalium som settes til som karbonat er tilstrekkelig til å danne et brennstoff med en elementanalyse ved rundt K:C:H:N:0 på 0,5 deler K, 3 deler C, 2,5 deler H, 3 deler N og 3 deler O, dvs. at det for hver ekvivalent K er 2 cyanurater.

Eksempel 2: Fremstilling av en innretning inneholdende pyroteknisk aerosol- blanding

Kalium-cyanurat/kalium-bromatblandingen fra eksempel 1 ble presset inn i sylindere med en diameter rundt 0,43 cm og en vekt rundt 50 gram hver. Presskraften var rundt22.700 kg. Førtisju sylindere ble anordnet symmetrisk på en laminert, sirkulær fenoltekstilplate med tykkelse 7 mm og vidde 280 mm. De aerosoldannende sylindere ble festet til bunnen av den sirkulære plate med et adhesiv. Den ytre kant av platen var hevet 13 mm for å danne en 25 mm bred leppe. En ytterligere tilsvarende plate ble festet over sylinderen ved hjelp av tre bolter, og platene anordnet for å danne et 13 mm bredt ringformet utløp rundt omkretsen av den skiveformede beholder. En tenningsinnretning av to trekktråd tennere og to 50 mm lange sikkerhetsfenghetter ble festet til den ytre leppe av beholderen. De indre fenghetteender og sentersylindere ble primet med pyroteknisk oppslemming. Ringgaputløpsarealet var forseglet med avtrykkfølsom tape av aluminium (tilgjengelig fra 3M, Minneapolis, MN). Innretningen ble avkjølt til - 42,7°C for å simulere kaldklimaanvendelse. Trekktrådtennerne ble aktivert med et trekkverk. Etter aktivering brant innretningene i mindre enn 30 sekunder og avga en tykk brannslukkende aerosol uten synlig flamme. Fenoltekstilskivene var mørkfarget, men ikke forbrukt ved brenning av brannslukningsblandingen. Røykgassene steg ikke hurtig.

Claims (22)

1. Pyroteknisk aerosol-brannslukningsblanding som innbefatter: et oksidasjonsmiddel representert ved formelen M(XOx)y, hvor M er valgt fra et gruppe IA-atom, et gruppe IIA-atom og et gruppe LUA-atom, XOxer et bromat, og y er 1-3; og en brennstoffkomponent som innbefatter melamincyanurat, et gruppe IA- eller gruppe IIA-salt av en organisk syre, eller en blanding derav, hvor den organiske syren er valgt fra gruppen bestående av cyanursyre, isocyanursyre, barbitursyre, hydroksyeddiksyre,

hvor n er 0 til 4, og blandinger derav; og hvor vektforholdet oksidasjonsmiddel:brennstoffkomponent er fra 3:2 til 4:1, og hvor forbrenningsproduktene er valgt fra gruppen bestående av H20, CO2, nitrogen, et halogenidsalt, et karbonatsalt og blandinger derav.

2. Blanding ifølge krav 1, hvor M er valgt fra gruppen bestående av litium, kalium, natrium, strontium, magnesium og aluminium.

3. Blanding ifølge krav 1, hvor M(XOx)y er valgt fra gruppen bestående av natrium bromat, kalium bromat og blandinger derav.

4. Blanding ifølge krav 1, hvor oksidasjonsmiddelet er til stede i en mengde på omtrent 70 vektprosent eller mindre av den totale blandingen.

5. Blanding ifølge krav 1, hvor brennstoffkomponenten er melamincyanurat; et gruppe IA-eller gruppe IIA-salt av cyanursyre, isocyanursyre, hydroksyeddiksyre eller vinsyre; eller en blanding derav.

6. Blanding ifølge krav 5, hvor brennstoffkomponenten er valgt fra gruppen bestående av melamincyanurat, kaliumcyanurat, kaliumisocyanurat, kaliumhydroksyacetat, kaliumtartrat, magnesiumcyanurat, magnesiumisocyanurat, magnesiumhydroksyacetat, magnesiumtartrat og blandinger derav.

7. Blanding ifølge krav 1, hvor brennstoffkomponenten er til stede i en mengde rundt 40 vektprosent eller mindre av den totale blanding.

8. Blanding ifølge krav 1, hvor den videre omfatter et bindemiddel valgt fra gruppen bestående av et silikat, et cellulosederivat, en celluloseeter, et alginisk bindemiddel, en gummi, en gel, et pektin, en stivelse, en polyvinylforbindelse og blandinger derav, og eventuelt en polyol valgt fra gruppen bestående av en glyserol eller en glykol.

9. Fremgangsmåte for brannslukning eller flammekveling som omfatter trinnene: i) å tilveiebringe en pyroteknisk aerosol-brannslukningsblanding ved å kombinere et oksidasjonsmiddel representert ved formelen M(XOx)y, der M er valgt fra et gruppe IA-atom, et gruppe IIA-atom, et gruppe ILlA-atom, XOx er et bromat, og y er 1-3; og en brennstoffkomponent omfattende melamincyanurat, et gruppe IA- eller gruppe LIA-salt av en organisk syre eller en blanding derav, der den organiske syre er valgt fra gruppen bestående av cyanursyre, isocyanursyre, hydroksyeddiksyre, og blandinger derav, hvor vektforholdet mellom oksidasjonsmiddel og brennstoffblanding er fra 3:2 til 4:1; ii) tenning av den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding og generering av en aerosol omfattende et antall forbrenningsprodukter valgt fra gruppen bestående av H2O, CO2, nitrogen, et halogenidsalt, et karbonatsalt og blandinger derav, der aerosolen har en hastighet; og iii) å føre aerosolen mot en flamme i en mengde tilstrekkelig til å kvele flammen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor oksidasjonsmiddelet er valgt fra gruppen bestående av natriumbromat, kaliumbromat og blandinger derav, og brennstoffkomponenten er valgt fra gruppen bestående av melamincyanurat, kaliumcyanurat, kaliumisocyanurat, kaliumhydroksyacetat, magnesiumcyanurat, magnesiumisocyanurat, magnesiumhydroksyacetat og blandinger derav.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor forbrenningsvarmen for den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding er mellom rundt 250 kalorier per gram og rundt 600 kalorier per gram.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor mindre enn rundt 15 vekt-% av den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding er tilbake som rest etter forbrenning.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding har en forbrenningshastighet på rundt 2 til rundt 23 sekunder per cm.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding videre omfatter et bindemiddel.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding presses inn i minst én formet fast enhet der denne er en sylinder, en plate, en blokk eller en kon.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvor den minst ene formede faste enhet er anordnet i en beholder eller et hus med minst én åpning eller avlufting og en tenningsenhet.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, hvor minst en del av tenningsenheten utløser tenning av den minst ene formede faste enhet.

18. Fremgangsmåte for brannslukning eller flammekveling ifølge krav 9, som omfatter trinnene: i) å tilveiebringe en pyroteknisk aerosol-brannslukningsblanding ved å kombinere et oksidasjonsmiddel valgt fra gruppen bestående av natriumbromat, kaliumbromat og blandinger derav, og en brennstoffkomponent valgt fra gruppen bestående av melamincyanurat, kaliumcyanurat, kaliumisocyanurat, kaliumbarbiturat, kaliumhydroksyacetat, kaliumtartrat, magnesiumcyanurat, magnesiumisocyanurat, magnesiumbarbiturat, magnesiumhydroksyacetat, magnesiumtartrat og blandinger derav, der vektforholdet oksidasjonsmiddel: brennstoffkomponent er fra 3:2 til 4:1; ii) å tenne den pyrotekniske aerosol brannslukningsblanding og å generere en aerosol omfattende et antall forbrenningsprodukter valgt fra gruppen bestående av H20, CO2, nitrogen, et halogenidsalt, et karbonatsalt og blandinger derav, der aerosolen har en hastighet; og iii) å rette aerosolen mot en flamme i en mengde tilstrekkelig til å kvele flammen.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor den pyrotekniske aerosol-brannslukningsblanding har en brennhastighet på rundt 2 til rundt 23 sekunder per cm.

20. Blanding ifølge krav 1, hvor forbrenningsproduktene i det vesentlige består av omtrent 5 prosent til omtrentl5 prosent H2O, omtrent 10 prosent til omtrent 30 prosent CO2, omtrent 0,5 prosent til omtrent 15 prosent nitrogen, omtrent 40 prosent til omtrent 90 prosent kaluimbromid, omtrent 10 prosent til omtrent 30 prosent kaliumkarbonat basert på den totale vekten av forbrenningsproduktene.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor forbrenningsproduktene i det vesentlige består av omtrent 5 prosent til omtrentl5 prosent H2O, omtrent 10 prosent til omtrent 30 prosent CO2, omtrent 0,5 prosent til omtrent 15 prosent nitrogen, omtrent 40 prosent til omtrent 90 prosent kaluimbromid, omtrent 10 prosent til omtrent 30 prosent kaliumkarbonat basert på den totale vekten av forbrenningsproduktene.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor forbrenningsproduktene i det vesentlige består av omtrent 5 prosent til omtrentl5 prosent H2O, omtrent 10 prosent til omtrent 30 prosent CO2, omtrent 0,5 prosent til omtrent 15 prosent nitrogen, omtrent 40 prosent til omtrent 90 prosent kaluimbromid, omtrent 10 prosent til omtrent 30 prosent kaliumkarbonat basert på den totale vekten av forbrenningsproduktene.