Полидисперсная порошковая рецептура с наночастицами для дегазации текстильных материалов

Полидисперсная порошковая рецептура с наночастицами для дегазации текстильных материалов

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области средств дегазации текстильных материалов, зараженных каплями токсичных химикатов.

Одним из ключевых принципов дегазации является удаление жидких токсичных химикатов с зараженных объектов, в том числе при применении частичной специальной обработки боевой экипировки военнослужащего (БЭВ) [Радуцкий В.Ю., Шульженко В.Н, Рубанов Ю.К. и др. «Средства и способы радиационной и химической защиты». - Учебное пособие Белгородского Государственного университета им. В.Г. Шухова 2008 г. ]. Применяемые для этих целей порошковые рецептуры (ПР) не достаточно эффективно удаляют жидкую фазу токсичных химикатов. В этой связи является актуальной задачей разработка порошковой рецептуры с повышенной способностью удалять жидкую фазу токсичных химикатов из структуры текстильных материалов, что позволит повысить ее надежность для достижения полноты дегазации.

В настоящее время в России применяются порошковые рецептуры «АСК», «П-9», «ПС-1ХП», «ДПП» в пакетах ДПС-1, ДПП, ДПП-М, ДПП-М1 [Лепешинский И.Ю., Кутепов В.А., Полодеев В.П. и др. «Средства и способы радиационной и химической защиты». - Омск: Учебное пособие ОмГТУ 2008 г., изобретение RU 2307691 A62D3]. Они предназначены для дегазации зараженного обмундирования. «АСК» представляет собой сорбент токсичных химикатов и содержит (мас.) Al₂O₃ 14% и SiO₂ 86%. В «П-9» используется (мас.) 50% активного окислителя, 50% сорбента, из которых SiO₂ составляет 5%. «ПС-1ХП» состоит из (мас.) 46% активного окислителя, 54% сорбента, из которых SiO₂ и Al₂O₃ составляют 30,6% и 5,4% соответственно. Дегазирующий порошок «ДПП» содержит (мас.) 30% активного окислителя и 70% сорбента, из которых SiO₂ и Al₂O₃ составляют 32,6% и 5,4% соответственно [Лепешинский И.Ю., Кутепов В.А., Полодеев В.П. и др. «Средства и способы радиационной и химической защиты». - Омск: Учебное пособие ОмГТУ 2008 г., изобретение RU 2307691 A62D3].

За рубежом также имеются сведения о подобных средствах. Так известна дегазирующая порошковая композиция на основе хлорной извести, оксида магния и гидрофобной кремневой кислоты, приготовленной путем смешения этих компонентов в следующей пропорции (мас. %): хлорная известь - 65% (активный окислитель), оксид магния - 33% (хемосорбент) и кремневая кислота 2% [см. патент DE 3625583, МКИ⁴ A62D 3/00, опубл. 1988 г.]. Известен дегазирующий порошок адсорбционного типа для обезвреживания химическими отравляющими веществами (ХОВ), содержащий смесь бентонита, активированного угля и оксида кальция [см. патент ГДР 300771, МКИ⁵ A62D 3/00, опубл. 1992 г.]. Известен способ дегазации высокотоксичных химикатов, в том числе и ХОВ, на зараженной поверхности с использованием активированной окиси алюминия, монопероксифталата магния, Ag-цеолитов и Na-цеолитов в качестве сорбентов для разложения этих химикатов [см. патент US 6537382, МКИ⁷ A62D 3/00, кл. 588-200, опубл. 2003 г.]. Известно, что для дегазации токсичных химических агентов, таких как зарин, зоман, табун (G - агенты) и VX используют дегазирующую композицию М-291, содержащую адсорбирующий порошок «Abergard ХЕ-555» [см. патент WO 00/74787 А1, опубл. 2000 г.]. Перечисленные иностранные рецептуры содержат в разных процентных соотношениях SiO₂ и Al₂O₃, за исключением «Abergard ХЕ-555». Их дисперсный состав около 100 мкм [см. патент DE 3625583, МКИ⁴ A62D 3/00, опубл. 1988 г., патент ГДР 300771, МКИ⁵ A62D 3/00, опубл. 1992 г., патент US 6537382, МКИ⁷ A62D 3/00, кл. 588-200, опубл. 2003 г., патент WO 00/74787 А1, опубл. 2000 г.].

Данные по диаметру частиц порошковых рецептур иностранных государств отсутствуют. Рецептура «П-9» имеет диаметр частиц около 100 мкм, «ПС-1ХП» около 50 мкм [Лепешинский И.Ю., Кутепов В.А., Полодеев В.П. и др. «Средства и способы радиационной и химической защиты». - Омск: Учебное пособие ОмГТУ 2008 г. ], «ДПП» около 50 мкм [Изобретение RU 2307691].

Ближайшим аналогом является рецептура «АСК». Ее химический состав отличается от разработанной рецептуры (по массе) на 3% по каждому компоненту. Рецептура «АСК» имеет диаметр частиц 100 мкм, а вновь разработанная рецептура состоит из полидисперсных микрочастиц менее 20 мкм - 85% (мас.) и наночастиц - 15% (мас.). Основным существенным отличием является разница в диаметре частиц.

Диаметр пор, образованных между частицами при их применении, не позволяет удалить основную часть жидкой фазы токсичного химиката (ТХ) из пористой структуры текстильного материала. Это вызвано тем, что жидкость в текстильном материале удерживается капиллярными силами в порах нити. Поры образованы волокнами с диаметром менее 20 мкм. Для эффективного удаления жидкости необходимо приложить большие капиллярные силы, чем силы, которые удерживают ее в поровом пространстве ткани. Для этого необходимо, чтобы диаметр пор, образованных частицами порошка, был меньше, чем образованных волокнами. Схематично удаление порошковыми рецептурами жидкой фазы ТХ из пор текстильного материала представлено на рисунке 1.

Перечисленные выше рецептуры не обладают требуемыми капиллярными свойствами и доступностью контакта порошка с жидкой фазой. Таким образом, можно отметить, что в настоящее время отсутствует порошковая рецептура для дегазации текстильных материалов, зараженных каплями токсичных химикатов, которая эффективно удаляет жидкую фазу из пористой структуры текстильного материала, за счет капиллярных эффектов.

Технический результат изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение надежности результатов при достижении полноты дегазации (понижение опасности) верхних слоев табельных образцов боевой экипировки военнослужащего, зараженных каплями токсичных химикатов, за счет увеличения доли удаленной жидкой фазы из пористой структуры материала.

Способ достижения технического результата

Указанный технический результат достигается применением нового признака в совокупности с известным признаком. К новому признаку относится - порошковая рецептура, которая содержит (мас.) Al₂O₃ 12% и SiO₂ 88%, с полидисперсными микрочастицами 85% (мас.) и наночастицами 15% (мас.), обеспечивающая повышение надежности результатов при достижении полноты дегазации (понижение опасности) верхних слоев табельных образцов боевой экипировки военнослужащего, зараженных каплями токсичных химикатов, за счет увеличения доли удаленной жидкой фазы из пористой структуры материала.

Известный признак - последовательность действий определения доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале при обработке порошковой рецептурой.

Сущность изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что применен новый признак в совокупности с известным признаком, влияние которого на технический результат ранее было неизвестно. К новому признаку относится - порошковая рецептура, которая содержит (мас.) Al₂O₃ 12% и SiO₂ 88%, с полидисперсными микрочастицами 85% (мас.) и наночастицами 15% (мас.), обеспечивающая повышение надежности результатов при достижении полноты дегазации (понижение опасности) верхних слоев табельных образцов боевой экипировки военнослужащего, зараженных каплями токсичных химикатов, за счет увеличения доли удаленной жидкой фазы из пористой структуры материала. Известный признак - последовательность действий определения доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале при обработке порошковой рецептурой. Влияние на технический результат нового признака в совокупности с известными признаками ранее было неизвестно, а именно применение указанной ранее рецептуры в той же последовательности позволит обеспечить удаление более 80% нанесенной жидкой фазы из текстильного материала после ее обработки.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна»

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в нем используется новый существенный признак - порошковая рецептура, которая содержит (мас.) Al₂O₃ 12% и SiO₂ 88%, с полидисперсными микрочастицами 85% (мас.) и наночастицами 15% (мас.), применяемая в совокупности с известным признаком - последовательностью действий определения доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень»

Предлагаемое техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень», так как в совокупности с известным признаком - последовательностью действий определения доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой, применен новый признак - порошковая рецептура, которая содержит (мас.) Al₂O₃ 12% и SiO₂ 88%, с полидисперсными микрочастицами 85% (мас.) и наночастицами 15% (мас.). Влияние на технический результат нового признака в совокупности с известными признаками ранее было неизвестно, а именно применение указанной ранее рецептуры в той же последовательности позволит обеспечить удаление более 80% нанесенной жидкой фазы из текстильного материала после ее обработки.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость»

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость. Это определяется стандартным оборудованием и материалами, необходимыми для реализации последовательности действий определения доли оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой. Нанопорошки в настоящее время являются доступными продуктами и применяются в различных производствах, то есть не являются уникальными. Рецептура может быть использована по назначению на предприятиях, производящих элементы экипировки военнослужащего и средства частичной или полной специальной обработки, центральных научно-исследовательских и испытательных институтах, военных учебных заведениях, базах и складах хранения вооружения и средств радиационной, химической и биологической защиты, в войсках при проведении учений.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Проведены исследования опасности зараженных каплями ТХ текстильных материалов после дегазации, в зависимости от доли оставшегося в них ТХ (Q/Q₀, где Q - количество оставшегося ТХ в материале, Q₀ - количество нанесенного ТХ на материал). Степень опасности зараженных материалов (А/А_кр) оценивали отношением значений массопереноса для конкретного ТХ (А, мг/м²) к его критериальному значению (А_кр, мг/м²). Полнота дегазации достигалась при условии А/А_кр≤1.

Полученные результаты для O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)-этилметилфосфоната и β,β′ дихлордиэтилсульфида представлены на рисунке 2. На основании представленных данных можно сделать вывод о том, что для обеспечения полноты дегазации текстильных материалов, зараженных различными ТХ (на примере O-изобутил-S-2-(N,N-диэтиламино)-этилметилфосфоната и β,β′-дихлордиэтилсульфида) необходимо продегазировать (или удалить) не менее 30±7% от нанесенного токсичного химиката (при условии заражения ткани 1 г/м², массе капли 0,1 мг, температуре 22°С и влажности воздуха 65%).

Определение закономерностей процесса удаления жидких веществ из текстильных материалов с применением порошковой рецептуры проводили следующем образом.

Взвешивание образцов проводили на аналитических весах с точностью до 0,00005 г. Определяли массу образца боевой экипировки военнослужащего (БЭВ). На него наносили калиброванные капли имитатора. Определяли массу образца БЭВ с жидкой фазой. Рассчитывали массу нанесенной жидкой фазы имитатора по привесу, учитывая массу капель и их количество. Выдерживали образец определенное время от начала заражения, именуемое в дальнейшем «экспозицией заражения». На зараженный образец БЭВ наносили навеску порошка. Определяли массу образца. Рассчитывали массу нанесенной навески порошка. Выдерживали образец определенное время от начала нанесения порошка на его поверхность, именуемое в дальнейшем «экспозицией дегазации». Далее образец переворачивали на 1-2 секунды для удаления сухой порошковой рецептуры с поверхности, но таким образом, чтобы влажный порошок, удерживаемый за счет капиллярных сил адгезии, не слетал. Определяли изменение веса образца. Рассчитывали массу порошка, который удерживался на поверхности образца за счет сил адгезии. Удаляли порошковую рецептуру с перешедшей в нее жидкой фазой имитатора методом резкого встряхивания. Определяли массу образца с оставшейся в нем жидкой фазой имитатора. Встряхивали образец до тех пор, пока масса образца не оставалась постоянной. Необходимо обратить внимание на то, чтобы нити с образца при встряхивании не слетали. Рассчитывали массу удаленной жидкой фазы имитатора из исследуемого образца. Рассчитывали массу оставшейся жидкой фазы имитатора в исследуемом образце. Рассчитывали содержание жидкой фазой имитатора в удаленном порошке.

В результате проведенных исследований определена доля оставшейся жидкой фазы в текстильном материале после обработки порошковой рецептурой с разным диаметром частиц. Полученные результаты представлены в таблице 1. Требуемая полнота дегазации достигается при удалении жидкой фазы более 30%. Эти условия соблюдаются при применении порошковых рецептур с размером частиц менее 50 мкм. Ближайший аналог порошковой рецептуры удаляет не более 40% жидкой фазы. Применение разработанной рецептуры в качестве дегазирующего агента позволяет удалить более 80% жидкой фазы ТХ и обеспечить большой запас дегазирующей мощности рецептуры.

Обоснование технико-экономической эффективности изобретения

Технико-экономическая эффективность разработанной порошковой рецептуры заключается в повышении доли удаленной жидкой фазы токсичных химикатов из верхних слоев боевой экипировки военнослужащего более чем в 8…10 раз по сравнению с табельными рецептурами за счет своей полидисперсности и включения в состав 15% (мас.) наночастиц, что обеспечивает повышение их надежности.

Порошковая рецептура для дегазации текстильных материалов, зараженных каплями токсичных химикатов, включающая оксид кремния (SiO₂) и оксид алюминия (Al₂O₃), отличающаяся тем, что содержит 85 мас. % микрочастиц и 15 мас. % наночастиц полидисперсных компонентов при следующем соотношении компонентов:

оксид кремния	88
оксид алюминия	12