Schaumlöschmittel auf Basis von schaumerzeugenden Konzentraten ohne Glykolether oder Glycole

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schaumlöschmittel. Schaum ist zur Brandbekämpfung unter Verwendung eines flüssigen Schaumlöschmittels auf Basis eines flüssigen Schaumkonzentrates ein wichtiges Löschmittel zur Bekämpfung von Bränden der Klassen A und B. Das Löschmittel Schaum setzt sich aus Löschwasser, dem Schaumkonzentrat und Luft zusammen. Das Schaumkonzentrat wird meist 1 - 6%ig in geeigneten Zumischeinrichtungen dem Löschwasser zugesetzt. In Löschschaumrohren wird die entstehende Lösung, im folgenden premix genannt, unter Luftansaugung in geeigneten Schaumrohren unter Bildung von löschfähigem Schaum verschäumt.

[0002] Der Zusatz des Schaumkonzentrates ist aus ökologischer Sicht eine leichte Kontamination des Löschwassers. Obwohl die Konzentrate meist gut biologisch abbaubar sind, beeinträchtigen sie und ihre wäßrigen Lösungen die Biologie in offenen Gewässern, vor allem wegen ihres-oberflächenspannungsenkenden Effektes.

[0003] Im Zuge des steigenden Umweltbewußtseins in Mitteleuropa rückte der Umwelteinfluß von Löschwasser im Laufe der letzten Jahre ins Zentrum gewässerphysiologischer und ökologischer Bewertung des Einsatzes des Löschmittels Schaum. So ist Löschwasser in einigen Bundesländern rückhaltepflichtig. Die Verwendung von Schaum ist in der Regel meldepflichtig, insbesondere gegenüber den Kläranlagen und den Wasserschutzbehörden.

[0004] Es gibt Schaumkonzentrate auf Basis von Proteinhydrolysat und solche auf Basis synthetischer Tenside. Obwohl erstere naturgemäß besonders günstige umweitrelevante Daten liefern, finden sie in Mitteleuropa aufgrund ihrer beschränkten Einsatzfähigkeit immer weniger Anwendung. So ist im folgenden ausschließlich von Schaumkonzentraten auf Basis synthetischer Tenside die Rede. Synthetische Tenside senken die an sich hohe Oberflächenspannung von Wasser und ermöglichen Schaumbildung. Sie sind meist Ethersulfate, Alkylsulfate oder Alkylglukoside.

[0005] Ein wesentlicher Faktor, der die Umweltverträglichkeit dieser Schaumkonzentrate beeinflußt, ist der Gehak an Glykolethern in Schaumkonzentraten. Glykolether sind organische Chemikalien, meist Ether-Derivate des Ethan-1,2-Diols. Glykolether sind hervorragende Lösungsvermittler zwischen Wasser und den Tensiden. Als besonders wirkungsvoll hat sich 2(2'-Butoxyethoxy)-ethanol herausgestellt. Glykole selbst, wie Ethan-1,2-Diol oder Propan-1,2-Diol, sind ebenfalls Inhaltsstoffe, die allerdings lediglich den Frostpunkt des jeweiligen Schaumkonzentrates senken.

[0006] Glykolether gelten als verbessernd hinsichtlich der Löschleistung und schaumstabilisierend. Sie haben erheblichen Einfluß auf die Toxizitätsdaten der Schaumkonzentrate und ihrer Lösungen. Unter anderem aus diesem Grund ist in den Vereinigten Staaten von Amerika der Ausstoß von einem Pound (0.448 kg) und mehr 2(2'-Butoxyethoxy)-ethanol meldepflichtig. Die Konsequenz ist, daß Schaum immer weniger angewandt wird. Es besteht die Gefahr, daß Feuerwehren bei Bränden, zu deren Ablöschen Schaum zwingend notwendig wäre, auf Schaum verzichten und damit kein Brandschutz gewährleistet wäre.

[0007] Diese Verordnung war der Anlaß, sich der Aufgabe ein glykol- und glykoletherfreies Schaumkonzentrat zu entwickeln, zu widmen, auch in Europa.

[0008] In der erfindungsgemäßen Entwicklung konnten völlig glykol- und glykoletherfreie Schaumkonzentrate entwickelt werden, die erstmals den hohen Anforderungen an Schaumkonzentrate nach DIN-Entwürfen 14 272 mit Ausnahme des Frostpunktes entsprechen.

[0009] Eine weitere vorteilhafte Besonderheit dieser erfindungsgemäßen Entwicklung ist die konsequente Lösung des Problems; sie ist als Vollösung des Problems zu betrachten. Von Teillösungen, wie derzeitige Entwicklungen in den Vereinigten Staaten von Amerika, in denen zwar kein 2(2'-Butoxyethoxy)-ethanol, aber andere Glykolether oder Glykole, z.B. Hexylenglykol, angewendet werden, ist hier nicht die Rede.

[0010] Die erfindungsgemäße Entwicklung sind Schaumkonzentrate der allgemeinen Zusammensetzung

A) Destilliertes Wasser,

B) Glykol- und glykoletherfreie Fluortensidlösungen,

C) Wäßrige Kohlenwasserstofftensidlösungen,

D) Wäßrige Alkylmonoglykosidlösungen,

E) Xanthan Gum,

F) 2-Propanol.

[0011] Xanthan Gum ist ein von dem Bacterium Xanthomonas campestris ausgeschiedenes Polysaccharid. Dieses Polysaccharid sorgt für eine Stabilität des erzeugten Schaumes auf polaren Flüssigkeiten und für eine höhere Viskosität des Schaumkonzentrates. Die höhere Viskosität hat in diesem Fall, in speziellen Rezepturen, überraschenderweise den Vorteil, daß keine Phasentrennung nach Durchlaufen des Temperaurwechseltests nach DIN-Entwurf 14 272 zur Simultation eines Alterungsprozesses von Schaummitteln auftritt. Bei glykol- und glykoletherfreien Schaumkonzentraten ohne Polysacchrarid tritt dabei eine unzulässige Phasentrennung auf. Zudem wirken Polysaccharide des Typs Xanthan Gum in den erfindungsgemäßen Formulierungen schaumstabilisierend.

[0012] In den folgenden Beispielen wird eine Auswahl der Rohstoffe und einige Kombinationen angegeben.

Beispiel 1. Das wäßrige Schaumlöschmittel der Zusammensetzung

[0013] 2.499 % Destilliertes Wasser
0.018 % 2-Propanol
0.051 % Fluortensidlösung der Zusammensetzung
   40 % Pefluorhexyl(N,N-Dimethyl)aminoxid
   35 % Ethanol
   25 % Destilliertes Wasser
0,039 % Fluortensidlösung der Zusammensetzung
   76 % Destilliertes Wasser
   4 % 1,1'-Dimethyl-ethanol
   20 % des Moleküls der Molekülformel

        Rƒ-CH₂-CH₂-S-[CH₂-CH(COOH)-]_x-[CH₂-CH(CONH₂)-]y-H

   wobei Rƒ ein Spektrum von Perfluoralkylresten von C₆F₁₃ bis C₂₀F₄₁ und x+y=30 und x/(x+y) = 0.2 ist.
0.30 % Alkylsulfat der Zusammensetzung
   59 % Wasser
   23 % Natrium-n-decylsulfat
   18 % Natrium-n-octylsulfat
0.075 % Alkylmonoglucosidlösung der Zusamensetzung
   48 - 54 % Wasser
   24 - 27 % n-Octyl-α-D-Glycosid
   24 - 27 % n-Decyl-α-D-Glycosid
0.018 % Xanthan Gum mit einem Maximum der Korngrößenverteilung bei 180 µm.
97 % Löschwasser
(Anmerkung: Wie auch im folgenden alle Angaben in Gewichtsprozent; die Masse der im Schaum enthaltenen Luft wird vernachlässigt.)
ist hergestellt durch Verdünnen eines Schaumkonzentrates auf 3 Gew.-% in Wasser und wurde nach DIN 14 272 untersucht. Die Ergebnisse sind die folgenden:

Verschäumungszahl [l/kg] (DIN-Schwerschaumrohr)	5.8
Wasserhalbzeit [min]	12
Oberflächenspannung [mN/m]	17.8
Grenzflächenspannung gegen Cyclohexan [mN/m] (im folgenden Grenzflächenspannung)	1.7
Schmelzpunkt des Schaumkonzentrates [°C]	0
pH des Schaumkonzentrates	7.5
Flammpunkt des Schaumkonzentrates [°C]	>100

[0014] Löschleistung des mit dem Schwerschaumrohr nach DIN 14 272 erzeugten Schaumes an 4m²-Wanne, Brennstoff 100 l Heptan auf einem Wasserpolster von 400 l Wasser, Vorbrennzeit 60 s, Applikationsrate 5.7 l/m²min

90 % Kontrolle [s]	40
Löschzeit (keine Restflammen) [s]	70

Rückbrandbeständigkeit: 10 Minuten nach Einsetzen eines Rückbrandtopfes mit brennendem Heptan in die Mitte der 4m²-Wanne: keine Anzeichen von Wiederentflammungen. Bei anschließendem mechanischem Erzeugen von Löchern in der Schaumdecke (ca. 40 cm²) und Anzünden derselben, schob die Schaumdecke die Löcher wieder zu (sog. "self-sealing-effect").

[0015] Ein Liter des Schaumkonzentrates wurde dem Durchlaufen des Temperaturwechseltests nach DIN 14 272 zur Simulation eines Alterungsprozesses von Schaummitteln unterworfen. Danach war keine Phasentrennung zu beobachten und die eben aufgeführten Werte wurden im Rahmen der zulässigen Abweichungstoleranz wieder erreicht.

Beispiel 2. Das wäßrige Schaumlöschmittel der Zusammensetzung

[0016] 4.998 % Destilliertes Wasser
0.036 % 2-Propanol
0.102 % Fluortensidlösung der Zusammensetzung
   40 % Perfluorhexyl(N,N-Dimethyl)aminoxid
   35 % Ethanol
   25 % Destilliertes Wasser
0.078 % Fluortensidlösung mit der Zusammensetzung
   76 % Destilliertes Wasser
   4 % 1,1'-Dimethyl-ethanol
   20 % des Moleküls der Molekülformel

        Rƒ-CH₂-CH₂-S-[CH₂-CH(COOH)-]_x-[CH₂-CH(CONH₂)-]y-H

   wobei Rƒ ein Spektrum von Perfluoralkylresten von C₆F₁₃ bis C₂₀F₄₁ und x+y=30 und x/(x+y) = 0.2 ist.
0.60 % Alkylsulfat der Zusammensetzung
   59 % Wasser
   23 % Natrium-n-decylsulfat
   18 % Natrium-n-octylsulfat
0.150 % Alkylmonoglucosidlösung der Zusammensetzung
   48 - 54 % Wasser
   24 - 27 % n-Octyl-α-D-Glycosid
   24 - 27 % n-Decyl-α-D-Glycosid
0.036 % Xanthan Gum mit einem Maximum der Korngrößenverteilung bei 180 µm.
94 % Löschwasser
ist hergestellt durch Verdünnen eines Schaumkonzentrates auf 6 Gew.-% in Wasser und wurde nach DIN 14 272 untersucht. Die Ergebnisse sind die folgenden:

Verschäumungszahl [l/kg] (DIN-Schwerschaumrohr)	9.2
Wasserhalbzeit [min]	17

Löschleistung des mit dem Schwerschaumrohr nach DIN 14 272 erzeugten Schaumes an 4 m²-Wanne, Brennstoff 300 l 2-Propanol, Vorbrennzeit 120 s, Applikationsrate 5.7 l/m²min

90 % Kontrolle [s]	55
Löschzeit (keine Restflammen) [s]	80

Rückbrandbeständigkeit: erfüllt

Beispiel 3. Das wäßrige Schaumlöschmittel der Zusammensetzung

[0017] 2.316 % Destilliertes Wasser
0.018 % 2-Propanol
0.051 % Fluortensidlösung der Zusammensetzung
   40 % Perfluorhexyl(N,N-Dimethyl)aminoxid
   35 % Ethanol
   25 % Destilliertes Wasser
0.12 % Fluortensidlösung der Zusammensetzung
   76 % Destilliertes Wasser
   4 % 1,1'-Dimethyl-ethanol
   20 % des Moleküls der Molekülformel

        Rƒ-CH₂-CH₂-S-[CH₂-CH(COOH)-]_x-[CH₂-CH(CONH₂)-]y-H

   wobei Rƒ ein Spektrum von Perfluoralkylresten von C₆F₁₃ bis C₂₀F₄₁ und x+y=30 und x/(x+y) = 0.2 ist.
0.30 % Alkylsulfat der Zusammensetzung
   59 % Wasser
   23 % Natrium-n-decylsulfat
   18 % Natrium-n-octylsulfat
0.15 % Alkylmonoglucosidlösung der Zusammensetzung
   48 - 54 % Wasser
   24 - 27 % n-Octyl-α-D-Glycosid
   24 - 27 % n-Decyl-α-D-Glycosid
0.045 % Xanthan Gum mit einem Maximum der Korngrößenverteilung bei 180 µm.
97 % Löschwasser
ist hergestellt durch Verdünnen eines Schaumkonzentrates auf 3 Gew.-% in Wasser und wurde nach DIN 14 272 untersucht. Die Ergebnisse sind die folgenden:

Verschäumungszahl [l/kg] (DIN-Schwerschaumrohr)	9.5
Wasserhalbzeit [min]	25

Löschleistung des mit dem Schwerschaumrohr nach DIN 14 272 erzeugten Schaumes an 4m²-Wanne, Brennstoff 300 l 2-Propanol, Vorbrennzeit 120s, Applikationsrate 5.7 l/m²min

90 % Kontrolle [s]	62
Löschzeit (keine Restflammen) [s]	70

Rückbrandbeständigkeit: erfüllt.

Beispiel 4. Das wäßrige Schaumlöschmittel der Zusammensetzung

[0018] 2.16 % Destilliertes Wasser
0.051 % Fluortensidlösung der Zusammensetzung
   40 % Perfluorhexyl(N,N-Dimethyl)aminoxid
   35 % Ethanol
   25 % Destilliertes Wasser
0.36 % Alkylsulfat der Zusammensetzung
   59 % Wasser
   23 % Natrium-n-decylsulfat
   18 % Natrium-n-octylsulfat
0.30 % Fettalkoholsulfat der Zusammensetzung
   60 % Wasser
   40 % Triethanolammonium-mono-Alkylsulfat
   wobei die Alkylreste aus einem Spektrum von C₁₂H₂₅ bis C₁₅H₃₁ bestehen.
0.075 % Alkylmonoglucosidlösung der Zusammensetzung
   48 - 54 % Wasser
   24 - 27 % n-Octyl-α-D-Glycosid
   24 - 27 % n-Decyl-α-D-Glycosid
0.024 % Xanthan Gum mit einem Maximum der Korngrößenverteilung bei 180 µm.
0.03 % 2-Propanol
97 % Wasser
ist hergestellt durch Verdünnen eines Schaumkonzentrates auf 3 Gew.-% in Wasser und wurde nach DIN 14 272 untersucht. Die Ergebnisse sind die folgenden:

Verschäumungszahl [l/kg] (DIN-Schwerschaumrohr)	8.2
Wasserhalbzeit [min]	9
Verschäumungszahl [l/kg] (DIN-Mittelschaumrohr)	96
Wasserhalbzeit [min]	8
pH des Schaumkonzentrates	7.5
Flammpunkt des Schaumkonzentrates [°C]	> 100

Ansprüche

1. Glycolether- und glycolfreie Schaumkonzentrate für Feuerlöschzwecke bestehend aus den Komponenten

A) Destilliertes Wasser

B) Glycolfreie und glykoletherfreie Fluortensidlösungen zur Erniedrigung der Oberflächenspannung

C) wäßrige Kohlenwasserstofftensidlösung (en)

D) wäßrige Alkylmonoglykosidlösungen

E) Xanthan Gum

F) 2-Propanol.

2. Schaumkonzentrate nach Anspruch 1 sind dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Kennzeichnung blau eingefärbt sind.

3. Die Produktion und Verwendung der Konzentrate Schaumkonzentrate nach den Ansprüchen 1 und 2 der Zusammensetzung
   40.3 - 89.0 % Destilliertes Wasser,
   1.5 - 10.0 % Fluortensidlösungen,
   0 - 15.0 % Alkylsulfatlösungen
   1.0 - 15.0 % Alkylmonoglukosidlösungen,
   0.2 - 1.7 % Xanthan Gum,
   0 - 1.5 % 2-Propanol,
wobei 2 - 6 Gew.-% des Schaumkonzentrates mit 94 bis 98 % Löschwasser zu einem Löschmittel vereinigt werden.