坚固的泡沫防火
俄罗斯化学家如何成为消防的革命者
消防是一个复杂而负责任的领域，看到这一领域的技术发展缓慢似乎更令人惊讶。 一个多世纪以前开始使用的灭火泡沫在过去的时间里变化不大 - 但也许，这一领域很快就会开始真正的革命。 无论如何，ITMO大学的彼得堡化学家和非政府组织“SOPOT”的新发展从各个方面看起来都是革命性的，从理念到环境安全。 亚历山大维诺格拉多夫，ITMO大学实验室“先进材料与技术解决方案化学”副主任，回答了俄罗斯星球的问题。
- 亚历山大，创造新型灭火泡沫的想法来自哪里？ 从您的化学课程，商业订单或其他东西？
- 需要对灭火材料市场的现状有所了解。 应始终根据三个主要参数评估此类材料：灭火各种材料的有效性和多功能性，包括固体和液体可燃材料; 泡沫本身的成本; 最后，申请的环境安全。 如果我们分析复杂的所有这些参数，我们将看到市场本身是巨大的，但同时它在选择方面相当差。 世界上没有那么多真正通用，有效和安全的灭火泡沫。
俄罗斯在这方面是一个非常有趣的市场。 我们最大的消费者，石油和天然气巨头，使用从美国供应的灭火设备和技术设备，设计用于基于含氟合成泡沫（AFFF）的混合物。 实际上，定位和消除点火源AFFF的能力在所有类似药物中是最有效的。 另一方面，它们必须以完成的形式或以原材料的形式在同一美国购买。 而最重要的是，AFFF对环境的毒性和极端负面影响。
他们在自然界中的半衰期至少是40年。 半分解氟合成产物积聚在植物和动物体内，进入人体。 简而言之，除非对残留物的利用和生态系统的恢复采取一整套措施，否则不可能使用基于AFFF的泡沫。
因此，几年前在美国和欧洲都采用了禁止使用氟代合成药物的公约。 AFFF的使用几乎在任何地方都停止了，但在俄罗斯仍然允许使用。 在其他国家，他们采取了禁止AFFF的道路，在那里他们使用类似的药物 - 如果不是那么有效，但不是那么危险。
因此，去年我们在ITMO开设了实验室并熟悉了SOPOT公司，这项任务几乎是自成一体的。 该公司是最大的灭火剂开发商和泡沫发生装置生产的领导者;它不仅在俄罗斯，而且在一些国外市场，如中国和古巴也很活跃。 他们有自己的员工，在这一领域开发和实施新技术。
然而，SOPOT并没有开发和生产自己的起泡剂。 因此，当我们的化学家团队与该公司的同事交谈时，我们立即注意到所有现有的发泡剂 - 以及它们的生产已持续超过100年 - 都是有机物质的衍生物。
二氧化硅泡沫的微观结构。 资料来源：Alexander Vinogradov / ITMO大学
从热力学的角度来看，有机化合物中存在的碳 - 碳，碳 - 氢和其他键在高温下是不稳定的。 当加热到300°C以上时，它们不可能保持完整，但是这种意义上的无机物质提供了更大的自由度。 因此尝试无机泡沫的想法几乎立即出现。
- 这个泡沫怎么样？ 她喜欢什么？
“我们的材料是双组分，由最常见的发泡剂组成，加上一种基于二氧化硅纳米粒子的新组合物，可确保泡沫固化，将其转化为陶瓷相。
二氧化硅是常见的氧化硅（IV），其为每个人所熟悉，例如以石英的形式。 它的颗粒可以在几秒钟内聚合（我们可以将这个时间从5改变到30秒）并迫使泡沫非常牢固地粘附在任何燃烧表面上。 实验表明，我们的泡沫甚至可以固定在普通抛光玻璃上并硬化，变成多孔陶瓷海绵，可以可靠地隔离表面，防止火灾和高温。 从来没有提供类似的东西，没有人做过类似的事情。
用这种泡沫灭火的有效性很容易理解。 想象一下，你的房间着火，你将普通的墙壁和天花板倒在泡沫上。 泡沫迅速向下流动，不超过5％在垂直表面上徘徊，即使你熄灭这些表面，它们很快就会再次燃烧。 消防员必须一次又一次地“溢出”建筑物。 这里的硬化效应可以发挥关键作用。
- 这种固体泡沫的形成过程如何？
- 想象一下：我们有第一个组件，负责形成泡沫，多个充满气泡的气泡。 在将第二组分施加到燃烧表面之前，将第二组分注入第一组分，并使泡沫硬化。
因此，泡沫进入燃烧物体，其温度反复超过其自身。 结果，它急剧冷却 - 低于热解阶段的温度 - 并在几秒钟后硬化，防止再次点火。 粗略地说，我们用“陶瓷外套”包裹燃烧物体。 与相同的AFFF相比，我们的效率高出20倍。
在左边，现场测试新的灭火泡沫，在右边，微观结构的聚合。 资料来源：Alexander Vinogradov / ITMO大学
与传统泡沫不同，传统泡沫由于巨大的温度在几秒钟内蒸发，我们的泡沫二氧化硅不会坍塌。 当水蒸发时，无定形二氧化硅颗粒的结晶只会加剧，晶体框架会被压实 - 泡沫就像工业炉中的砖一样，变得更强大，更可靠地保护我们的物体。
- 但这种淬火的结果是什么？ 不燃烧，但一般没用固体泡沫块？
“虽然我们谈论凝固，但聚合泡沫在家庭意义上并不牢固。 相反，它类似于凝胶，原则上可以从表面上除去。 事实上，她可以持续一到两周，直到第一场雨。 这种泡沫具有强大的吸附水的能力，因此，吸收水后，它会软化并容易受到机械破坏。 因此，即使在排水系统或污水系统中，它也不会持续很长时间，并且会分解成直径为100 - 150 nm的二氧化硅颗粒。
- 这些颗粒本身没有毒性吗？
- 二氧化硅 - 该材料具有极强的耐腐蚀性和化学惰性，其安全性已被反复证实。 美国食品和药物管理局（FDA）以及欧洲药品管理局（EMEA）的研究结果主要由我们的卫生部指导，禁止仅静脉内和肌肉内使用二氧化硅。 但口服它是完全安全的。 您可能熟悉像Enterosgel这样的流行药物吗？ 它由二氧化硅纳米粒子组成
我们已经设法获得了第一类生物降解性的合格证书 - 一般来说，这是世界上第一次使用此类药物。 虽然值得注意的是，这样的证书更准确地称为“生物相容性证书”：自然界中的二氧化硅颗粒不会分解，它们仅被微生物吸收和携带而对它们没有任何伤害，因此对环境也没有任何伤害。
- 事实证明，预计不会限制使用这种二氧化硅泡沫？
- 没错！ 这是它的一大优点。 不久前，在苏尔古特，我们进行了使用我们的准备工作来测试毡带的测试。 现在为此目的使用基于磷酸盐的产品，这被认为是相当便宜的。 然而，磷酸盐是水溶性的，因此它们很容易被雨水和土壤水分带走。 此外，磷酸盐是重要的肥料，在森林中它们是快速回收的植物。 因此，在创建这样的乐队之后，它将不会持续很长时间。
我们的测试表明，使用“硬化泡沫”的屏障持续时间更长，允许您定位森林中的火灾并防止火势蔓延：通过这样的屏障几米宽，没有火将“跳跃”。 理想情况下，消防员将有两周时间到达现场，交付设备并组织灭火。
- 您在制造灭火泡沫方面的作用如何？ 你做出了哪些决定，ITMO化学家，以及哪一部分 - 公司“Sopot”的开发者？
- 没有严格的分工，当然，我们更关心解决化学问题，因为这是我们的形象。 他们更多地集中在技术部分，这也发现了大量的问题。
测试结果：硬化泡沫可靠地保护物体。 资料来源：Alexander Vinogradov / ITMO大学
可以注意到，技术适应已经成为产生硬化泡沫的可能性的关键问题。 这就是为什么NPO SOPOT在俄罗斯创造泡沫发生装置领域的领导者并拥有巨大的实验经验，能够解决所有出现的问题，确保生产硬化泡沫的设备的稳定运行。 如果说90％的成功掌握在订购此项研究的公司手中并且今天是该技术的版权所有者，那将是正确的。
一般来说，有很多困难的“小事”，甚至令人惊讶的是它们如此迅速地得到了解决。 只有26 November，2014，我们的想法的第一次讨论发生了 - 并在3月15发送了专利申请。 5月，在莫斯科的“综合安全”展览会上向紧急情况部长Vladimir Puchkov及其来自白俄罗斯和蒙古的同事展示了这一发展情况。 已经在6月份，使用经过特殊改装的MT-LB（轻型装甲多用途运输车 - RP）对森林围栏进行了测试。
- 这是什么的延续 故事?
- 市场是巨大的，潜力是疯了，我可以肯定地说。 从业务方面来说，我们对发展的兴趣是巨大的。 有人建议将这种双组分泡沫用于特殊应用，例如矿井和装油站的灭火。
据我所知，在“索波特”公司中，我们非常重视这项发明的前景。 已经配备了一个专门的化学实验室，已经建立了一个防火测试胶囊，正在进行新的开发，并且正在准备开始生产这两个部件。 但我们与它无关。
我们的任务不是商业。 我们正在做科学，我们实验室的主要重点是基础研究，其中一些可以迅速转化为实用，实用的解决方案。 这正是我们正在做的事情：双组分硬化泡沫不是我们实际开发中唯一的。
在不久的将来，我们计划注册我们自己的创业公司InnoColloids，它将致力于发布创新的胶体物质，这些物质将发现最广泛的应用 - 从全息术到医学和太阳能。 很难保证一些东西，但我认为它只是一个炸弹：我可以说现在我们可以通过20％增加液晶的亮度而不需要任何认真的努力，建议一种新的印刷纳米结构技术，呈现独特的非侵入性生物传感器......这将是一个完全专注于国外市场的项目。 但这是另一个话题的话题。
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