Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2025(16))

Наиболее распространеенными в мире являются огнетушащие порошковые составы (ОПС) на основе фосфатов аммония, ингибирующие процессы горения, которые обладают высокой удельной эффективностью пожаротушения и способны тушить все классы пожаров [1, 2]. Однако они демонстрируют высокую гигроскопичность и склонность к агрегированию частиц, что отражается на физико­ химических свойствах порошковой системы и еее стабильности при хранении [3]. В рамках настоящего исследования был рассмотрен и проанализирован подход к получению огнетушащих материалов на основе гидроксида магния (Mg(OH) 2 ), обладающих высокой охлаждающей способностью. С этой целью использовался метод распылительной сушки, который включает создание тонкодисперсного аэрозоля путем распыления жидкой фазы через сопло под высоким давлением. Аэрозоль подвергается сушке горячим воздухом (~ 200 °С) в сушильной камере. Применение данного метода обеспечивает получение частиц сферической формы и определенного распределения по размерам, что улучшает сыпучесть и снижают сцепление между частицами порошка. Для придания поверхности синтезированных частиц гидрофобных свойств их модифицировали с использованием полиметилгидросилоксана (ПМГС). На первом этапе осуществлялось осаждение Mg(OH ) 2 из раствора хлорида магния (MgCl 2 ) в присутствии гидроксида натрия (NaOH). В результате были получены частицы со средним размером 7,72 мкм. Полученную суспензию Mg(OH )2 (в соотношении 1/10 по массе к воде) подвергали распылительной сушке, после чего проводилась модификацию полученных частиц с использованием 5 % раствора ПМГС в гексане. На втором этапе получали супрачастицы, ядро которых составляет дигидрофосфат калия (KH 2 PO 4 ), а оболочка представляет собой наноразмерные частицы гидроксида магния [4]. Данный подход позволяет, с одной стороны, объединить в рамках одной структуры ингибирующее действие как материала ядра (KH 2 PO 4 ), связанное с образованием метафосфата калия, задерживающего диффузию кислорода из внешней среды к зоне возгорания, так и оболочки (наночастицы Mg(OH) 2 ), активно охлаждающей зону очага ниже температуры воспламенения выделяющимися в процессе разложения парами воды. С другой стороны, сферическая оболочка из гидрофобных наночастиц Mg(OH) 2 , которая формируется в процессе распылительной сушки за счет переноса наночастиц суспензии водяным паром из объема капель на поверхность, позволит, во-первых, изолировать гидрофильный материал ядра от действия влаги воздуха, во-вторых, снизить межчастичное взаимодействие за счет заданной сферической формы и супергидрофобных свойств поверхности. Синтез наночастиц Mg(OH )2 осуществлялся по следующей схеме: в раствор соли M g C h 6 H 2 O 1 М и ПАВ цетилтриметиламмония бромид (CTAB) с массовой долей 1 % добавляли при перемешивании по каплям (2 мл/мин) раствор NaOH 2 М. Далее, для улучшенной кинетики химических реакций и кристаллизации проводился гидротермальный синтез в автоклавах при температуре 180 °С 18 ч. Затем гидроксид магния промыли от ПАВ водой и спиртом с использованием центрифуги со скоростью 5 тыс. об/ в мин в течение 4 мин. Промытый осадок поместили в сушильный шкаф с температурой 120 °С на 5 ч. Полученные наночастицы Mg(OH )2 имели размер 190 нм. На рис. 1 представлены сферические частицы, образовавшиеся в результате распылительной сушки суспензии осажденного Mg(OH) 2 . Рис. 2 демонстрирует аналогичные по форме частицы, полученные путем распылительной сушки суспензии наночастиц Mg(OH ) 2 в растворе KH 2 PO 4 . Распределение элементов по поверхности оболочки супрачастицы показывает преимущественное присутствие Mg. Распределение размеров синтезированных частиц представлено на рис. 3. В проведенном исследовании определены реологические характеристики следующих мелкодисперсных порошковых материалов: частицы Mg(OH ) 2 и KH 2 PO 4 , полученные в результате измельчения (И) и используемые в качестве компонентов ОПС; частицы Mg(OH) 2 , полученные в результате распылительной сушки (РС); супрачастицы с соотношением компонентов Mg(OH)2/KH2PO4 — 2/1 (табл., рис. 4). Наименьшее значение когезии (0,28 кПа) показали сферические частицы Mg(OH ) 2 , что указывает на их свободную текучесть и минимальную склонность к агрегации. В сравнении с ними супрачастицы имеют более высокое значение когезии (0,63 кПа), что свидетельствует об увеличении сил сцепления между частицами порошка. С другой стороны, мелкодисперсные порошки исходных материалов Mg(OH) 2 и KH 2 PO 4 , применяемых в системах пожаротушения, демонстрируют затрудненное течение, характеризуемое значениями когезии, равными 2,09 и 1,19 кПа соответственно. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 4. С. 122-126. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 4. P. 122-126. © Сабурова А. И., Шамсутдинов А. Ш., Замащиков В. В., Вальцифер И. В. 2025 123