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Compatibility tests for dry powders and protein foams
"COMPATIBILITY TESTS FOR D R Y POWDERS A N D PROTEIN FOAMS" appearing in
FIRE INTERNATIONAL October 1966 issue pages 3 2 - 4 1 .
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SUM1
National Research Council, O t t a w a , C a n a d a
Compatibility tests for dry powders and protein foams
Essais de compatibilite de poudres skches et de
mousses ii base de proteine
Uatersuchungen iiber die Vereinbarkeit von
Loschpulver und Proteinschaum
DRY CHEMICAL extinguishers have been increasingly used in the past twenty years for protection against flammable liquid fires. As the portable dry chemical extinguishers proved to be very effective in dealing with small spill fires, the possibility of developing large-scale equipment was considered. This develop- ment was mainly directed toward use against aircraft crash fires. One obvious disadvantage of dry powder is its inability to prevent reignition of the fuel. I n order to overcome this problem the combined use of dry powder and protein foam has been widely adopted. Field experience has shown that the presence of dry powder can cause rapid breakdown of foam. When this problem was first recognized the majority of dry powders o n the market contained sodium bicarbonate as the primary constituent and a metallic stearate, e.g., magnesium stearate, as an anti-caking agent. The constituent mainly responsible for the rapid break- down of foam was found to be stearatel* 2.
Laboratory studies were conducted at the National Research Council to examine the influence of magnesium stearate on protein foam. The possible reaction between stearate dissolved in gasoline or heptane and foam was considered. I n studying the solubility of stearate in gasoline it was necessary
LES EXTINCTEURS a base de poudres chimiques seches sont de plus en plus employes depuis vingt ans comme protection contre les incendies pro- voques par des liquides inflammables. Cornme les extincteurs a mousse portatifs se sont rev61Cs t r b efficaces dans la lutte contre les petits incendies, on etudia la possibilitk de mettre au point un equipement plus important, en parti- culier pour lutter contre les incendies provoques lorsqu'un avion s'ecrase sur le sol. Un des desavantages Cvidents de la poudre seche est qu'elle ne peut empkher 1: combustible de prendre feu a nouveau. Afin de pallier cet incon- venient, I'usage combine de poudre seche et de mousse
a
base de proteine s'est largement repandu.Cependant, l'experience acquise au cours d'incendies a montr6 que la presence de poudre seche peut causer la destruction rapide de la mousse. Lorsqu'on fit cette constatation, la plupart des poudres seches en vente contenaient du bicarbonate de sodium cornme constituant principal et un stearate metallique, par exemple du sttarate de magnbium, c o m e agent anti-agglutinant. L'on decouvrit que le constituant qui Ctait surtout responsable de la destruction rapide de la mousse Ctait le stearatel 2.
Des etudes en laboratoire furent effectuees au Conseil national de
CHEMISCHE TROCKENFEUERLOSCHER sind im Verlauf der vergangenen zwanzig Jahre immer haufiger zum Schutz gegen Brande feuergefahrlicher Flussigkeiten eingesetzt worden. D a sich die tragbaren chemischen Trockenfeuerloscher als sehr wirksam bei der Bekampfung kleiner Brande erwiesen, wurde die Moglichkeit. grossere Anlagen zu entwickeln, in Betracht gezogen. Diese Entwicklung richtete sich vorwiegend auf den Einsatz bei Branden nach Flugzeugabsturzen. Ein offenkundiger Nachteil des Losch- pulvers ist seine Unfahigkeit, die Nach- zundung des Treibstoffes zu verhindern. Um dieses Problem zu iibenvinden, hat man weitgehend Loschpulver und Pro- teinschaum zusammen kombiniert.
Die Erfahrung in der Praxis hat gezeigt, dass das Vorhandensein von Loschpulver die schnelle Zersetzung des Schaums bewirken kann. Als dieses Problem zum ersten Mal erkannt wurde, enthielt die Mehrzahl der Loschpulver auf dem Markt Natrium-Bikarbonat als Hauptbestandteil und ein stearinsaures Metall 2.B. stearinsaures Magnesium als Mittel zur Verhutung des Zusammen- backens. Das stearinsaure Metall erwies sich als jener Bestandteil, der hauptsach- lich fur den schnellen Verfall des Schaums verantwortlich war1, 2.
Laboruntersuchungen wurden beim Forschungsrat durchgefuhrt, um den Einfluss von stearinsaurem Magnesium
to know the maximum temperature t o be expected in the gasoline pool during a fire. Burgoyne and Katan3 investigated the burning behaviour of petroleum products and classified gasoline as a "hot zone" forming liquid. The highest normal hot-zone temperature recorded with this fuel was 91°C (196°F). A similar maximum hot-zone temperature of 90°C (194°F) was obtained at N R C when heptane was burned for one minute. The solubility of magnesium stearate in heptane was examined and found to be very slight at 25'C (77°F). When heptane was heated to 90°C, a temperature which is likely to be met at an actual fire, the solubility of stearate was appreciably greater.
Experiments were then undertaken to determine the effect of stearate dissolved in heptane on foam breakdown. In order to establish a basis for comparison, foam was first floated on heptane heated to 90°C, and foam destruction was observed. Similar experiments were then conducted with heptane containing dissolved magnesium stearate, and again the rate of foam destruction was observed. It was apparent that the rate of foam destruction was more rapid when stearate was present in the heptane. Other studies carried out at N R C indicate that magnesium stearate in dry crystal form would also attack foam at elevated temperatures. Similar observa- tions were noted when non-compatible powder containing a stearate was substituted for the magnesium stearate in these experiments. Thus metallic stearate will attack foam whether it is dissolved in a flammable liquid such as gasoline or heptane, or comes in contact with foam in dry crystal form, provided heat is also available.
In order to overcome the destructive effect of powder on foam, "foam- compatible" dry chemical powders have been developed. Four such com- mercially available powders were examined in the present investigation. The main constituent of these powdersls sodlum bicarbonate. The metallic stearates have been avoided and other anti-caking agents used in these formu- lations. The development of foam- compatible dry chemical powders has resulted in a need for a standard test procedure to evaluate dry chemical powders as t o the degree of compatibility with foam.
The US Naval Research Laboratory developed a compatibility test in 1959 and recommended it for inclusion in a specification for foam-compatible dry powder2. This test consists of comparing the drainage rate of foam from a standard 7 318 in. diameter (18.7 cm) container, the upper surface of which is irradiated by an inverted hot plate, with the drainage rate from a similar container of foam on the surface of which a given quantity of powder has been sprinkled. The N R L test does not attempt to stimulate field conditions under which the two extinguishing agents are used in fighting a. flammable
liquid fire. For example, a common field
~echerche pour examiner l'influence du stearate de magnesium sur la mousse de proteine. L'on etudia la reaction possible entre le stearate dissous dans du petrole ou de l'heptane et la mousse. Au cours de l'etude de la solubilite du stearate dans l'essence, il fut necessaire de connaitre quelle etait la temperature maximum de l'essence a laquelle on devait s'attendre au cours d'un incendie. Burgoyne et Katan3 etudierent le com- portement de briilage des produits derives du petrole et classerent l'essence c o m e liquide formant une "zone chaude". La temperature la plus elevee de zone chaude que I'on enregistra avec ce combustible fut 91°C. Une temperature maximum similaire de zone chaude, de 90°C fut obtenue au N R C (Conseil national de recherche) lorsqu'on brfila de l'heptane pendant une minute. On examina la solubilitk du sttarate de magnesium dans I'heptane et on constata qu'elle Ctait trts faible
a
25°C. Lorsque I'heptane fut chauffe a 9O0C, temperature susceptible de se produire au cours d'un incendie, la solubilite du sttarate etait nettement plus elevee.On effectua alors des experiences pour determiner I'effet du stearate dissous dans de l'heptane sur la destruc- tion de la mousse. Afin d'etablir une base de comparaison, on fit d'abord flotter de la mousse sur de l'heptane chauffe a 90°C et on observa que la mousse fut detruite. Des experiences semblables furent alors faites avec de l'heptane contenant du stearate de magnesium dissous et la encore on observa la destruction de la mousse. I1 etait evident que la vitesse de destruction de la mousse etait plus rapide en presence de stearate dans l'heptane.
D'autres etudes effectuees au N R C indiquent que le stearate de magnesium sous forme de cristaux secs attaque aussi la mousse a des temperatures elevees. On fit des observations similaires lorsqu'on remplaga dans ces experiences le stearate de magnesium par de la poudre non compatible contenant un stearate. L'on peut en conclure qu'un stearate metallique attaque la mousse qu'il soit dissous dans un liquide inflammable c o m e le petrole ou I'heptane ou qu'il vienne en contact direct avec la mousse sous forme de cristaux secs, en presence de chaleur.
Pour combattre l'effet destructif de la poudre sur la mousse, I'on a mis au point des poudres chimiques seches "compatibles avec la mousse". Au cours de la presente etude, on examine quatre poudres de ce type vendues dans le commerce. Le principal constituant de ces poudres est du bicarbonate de sodium. Afin d'eviter d'employer des stearates metalliques, on a utilis6 d'autres agents antl-agglutinants dans ces formulations. La mise au point de poudres chimiques s 6 h e s compatibles avec la mousse a montre la nkessite d'une methode d'essai standard pour en evaluer le degre de compatibilite.
Le Laboratoire de recherche de la marine des Etats-Unis (NRL) a mis au
auf Proteinschaum festzustellen. Die mogliche Reaktion zwischen stearin- saurem Metall, das in Benzin oder Heptan gelost worden war. und Schaum wurde in Betracht gezogen. Bei der Untersuchung der Loslichkeit von stearinsaurem Metal1 in Benzin war es erforderlich, die maximak Temperatur zu ermitteln, die man in einem Benzin- tank wahrend eines Brandes erwarten musste. Burgoyne und Katan3 unter- suchten das Brandverhalten von Erdolerzeugnissen und klassifizierten Benzin als eine Fliissigkeit, die eine "heisse Zone" bildet. Die hochste normale Heisszonentemperatur, die bei diesem Treibstoff aufgezeichnet wurde, betrug 91'C. Eine ahnliche maximale Heisszonentemperatur von 90°C wurde im National Research Council (NRC, im kanadischen Forschungsrat) ermittelt, als das Heptan eine Minute lang abgebrannt wurde. Die Loslichkeit des stearinsauren Magnesium in Heptan wurde untersucht, und man stellte fest, dass sie bei 25°C sehr gering war. Als Heptan auf 90°C erhitzt wurde--eke Temperatur, die hochstwahrscheinlich bei einem tatsachlichen Brand auftritt- war die Loslichkeit des stearinsauren Magnesiums betrachtlich grosser.
Dann wurden Versuche unternommen, um den Effekt von in Heptan gelostem stearinsaurem Magnesium auf diezerset- zung des Schaurns zu untersuchen. U m eine Verg!eichsgrundlage zu haben, wurde der Schaum zunachst einmal auf Heptan aufgebracht, das auf 90°C eqhitzt worden war, und die Zerstorung des Schaums konnte beobachtet werden. ~ h n l i c h e Experimente wurden dann mit Heptan durchgefiihrt, das stearinsaures Magnesium in Losung enthielt, und wiederum wurde die Geschwindigkeit der Schaumzersetzung beobachtet. Es war offensichtlich, dass der Schaum sich schneller zersetzte, wenn stearinsaures Magnesium in Heptan vorhanden war.
Andere Untersuchungen, die bei N R C durchgefiihrt wurden, zeigen an, dass stearinsaures Magnesium in trockener Kristallform auch Schaum bei hoheren Temperaturen anmeift. Ahnliche Beo- bachtungen wurden gemacht, als ein nicht vereinbares Pulvel, das eine stearinsaure Substanz enthielt, an Stelle des stearinsauren Magnesiums in diesen Experimenten genommen wurde. Sornit also greift ein stearinsaures Metal1 den Schaum an, o b es nun in einer feuer- gefahrlichen Fliissigkeit wie Benzin oder Heptan gelost ist oder mit dem Schaum in trockener Kristallform in Beriihrung kommt, vorausgesetzt, dass'gleichzeitig Warme entsteht.
Um die destruktive Wirkung von Loschpulver auf Schaum zu iiberwinden, sind nun Trockenloschmittel entwickelt worden, die mit Schaum vereinbar sind. Vier solcher im Handel erhaltlichen Loschpulver wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Der Hauptbestandteil dieser Pulver ist Natriumbikarbonat. Die stearinsauren Metalle sind ausgelas- sen worden und andere Mittel zur Verhiitung des Zusammenbackens sind in den Mischformeln venvendet worden.
practice employed by the Royal Cana- dian Air Force and the Federal Depart- ment of Transport in combating aircraft crash fires is to apply dry powder first in an effort to reduce the fire quickly, permitting rescue of any personnel involved. Foam is then used as a follow- up agent for completely extinguishing the fire.
In 1961, the National Research Council began work o n the development of a compatibility test. In addition to adopting the order in which the two agents are generally applied in practice, l.e., dry powder followed by foam, a flammable liquid fire was used in the procedure. This test procedure was used to evaluate the degree of compati- bility of different combinations of "compatible" dry chemical powders and protein foams. One "non-compatible" powder containing metallic stearate was included in the studies for com- parlson. The results of the new test were subsequently compared with those of the N R L test.
NRC
TEST
Two gallons of heptane, the volume equivalent to a 2 in. layer (5.08 crn.), are floated on an equal volume of water in a steel tank 2 ft. by 2 ft. by 1 ft. deep (0.61 by 0.61 by 0.30 rn.). Four pounds of dry chemical powder are distributed by hand as evenly as possible over the surface of the heptane, except in the case of blank determinations In which no powder is used.
After a pre-burn period of one minute foam, with an expansion ratio of 10 and a 25
%
drainage time of about 3 minutes, produced by a variable foam generator (9, is discharged into the centre of the tank through a4
in. (1.27 cm.) nozzle at a solution rate of application of 0.1 gpm per sq. ft. (4.9 l/rnZ/min.) of fuel surface. The nozzle is positioned directly above the centre of the tank, 3 ft. (0.91 rn.) above the fuel level. The progress in suppression of fire is recorded by means of a gold-disc radiometer5 connected to a millivolt recorder. The radiometer is located 6 ft. (I .83 m.) from one side of the tank and 2 ft. (0.61 rn.) above its upper edge. Control time and extinguishment time are recorded for each determination. Control time is defined as the time after the start of foam application at which the radiation intensity from the fire is decreased to 10% of the maximum value attained during the pre-burn period. Extinguishment time is defined as the time after the start of foam application at which the last flicker of flame is eliminated.A number of arbitrary decisions had to be made in establishing the N R C test procedure. Previous studies on fire extinguishment tests of protein foam4 indicated that the test developed using a 2 ft. by 2 ft. (0.61 rn. by 0.61 m.) tank is as adequate to ascertain the quality of foam liquid as one using a 10 ft. by
point en 1959 un essai de cornpatibilite et a recommande qu'il soit inclus dans une specification pour la poudre seche compatible avec la mousse?. Cet essai consiste a comparer le taux d'ecoulement de la mousse, d'un recipient standard de 18,7 cm de diametre dont la face superieure est irradike par une plaque chaude renversire, au taux d'ecoulement de la mousse, d'un recipient similaire, une quantite donnee de poudre ayant etC repandue a la surface de la mousse dans ce dernier cas. L'essai du NRL ne vise pas 21 simuler les conditions reelles dans lesquelles les deux agents extincteurs sont utilises pour combattre un incendie de liquide inflammable. En effet, 1'Armee de I'air canadienne et le Dtpartement federal des transports, lorsqu'ils combattent les incendies pro- voquks par les accidents d'avions, appliquent en general d'abord de la poudre sbche pour reduire rapidernent l'incendie et pouvoir ainsi sauver les personnes en danger et ernploient ensuite la mousse pour eteindre completement l'incendie.
En 1961, le Conseil national de recherche comrnenca
a
rnettre au point un essai de compatibilite. L'ordre dans lequel les deux agents sont genkralement appliques en pratique, c'est-a-dire la poudre seche, puis la mousse, fut respect6 et I'incendie fut provoque par un liquide inflammable. Cette methode d'essai fut utilisee pour evaluer le degre de compatibilite de differentes combinaisons de poudres chimiques seches "compatibles" et de mousses base de proteine. L'on fit aussi porter les essais sur une poudre "non com- patible" contenant un sttarate mttallique, a titre de comparaison. L'on cornpara ensuite les rksultats du nouvel essaia
ceux de 1':ssai du NRL.ESSAl
DU
NRC
On rtpand 9 litres d'heptane, dont le volume tquivaut a une couche de 5,08 cm d'epaisseur, sur un egal volume d'eau, dans une cuve d'acier de 0,61 x 0,61 x 0,30 mbtre. On distribue a la main aussi regulibrernent que possible 1,8 kg de poudre chimique sbche a la surface de l'heptane, sauf dans le cas de determinations de contrble dans lesquelles on n'emploie pas de poudre. Apres une ptriode de combustion prelirninaire d'une minute, I'on envoie avec un generateur de mousse reglable4 de la mousse, dont le taux d'expansion est de 10 et a un temps d'ecoulement de 25% d'environ 3 minutes, dans le centre de la cuve par une buse de 1,27 cm, a une vitesse d'application de la solution de 4,9 l/min/m2 sur la surface du combustible. La buse est placee directement au-dessus du centre de la cuve,a
0,91 m au-dessus du niveau du combustible. Les progres de I'extinction sont enregistres par un radiometre adisque d'or5 relit a un rnillivoltrnbtre. Le radiometre est place 6 1,83 m d'un cbtt de la cuve et
a
0,61 m au-dessus de son bord superieur. Le temps de contrble et le temps d'extinction sont enregistrtsDie Entwicklung vonchernischen Losch- pulvern, die mit Schaum vereinbar sind, hat einen genormten Priifvorgang erforderlich gernacnt, um die chernischen Loschpulver auf den Grad ihrer Verein- barkeit rnit Schaum zu untersuchen.
Das U.S. Marineforschungslabora- torium (U.S. Naval Research Laboratory, USNRL) hat 1959 einen Vereinbarkeits- test entwickelt und ihn fur die Aufnahme in eine Spezifikation fur Loschpulver, die rnit Schaurn vereinbar sind, emp- fohlen2. Dieser Test besteht aus einern Vergleich der Abflussgeschwindigkeit des Schaurns aus einern Behalter mit 18,7 cm Durchmesser, dessen Oberflache durch eine umgekehrte Heizplatte bestrahlt wird mit der Abflussgeschwin- digkeit aus einern ahnlichen Schaum- behdlter und zwar auf der Oberflache, der eine bestimmte Menge von Losch- pulver aufgestreut wurde. Bei dem N R L Test wird nicht der Versuch unternom- men, die Bedingungen in der Praxis nachzuahmen, unter denen diese beiden Loschrnittel bei der Bekampfung eines Brandes von feuergefahrlichen Fliis- sigkeiten eingesetzt werden. So ist es z.B. durchaus gang und gabe bei der kanadischen Luftwaffe und beim Trans- portrninisteriurn bei der Bekampfung von Branden nach Flugzeugabstiirzen zunachst einrnal Loschpulver zu benut- Zen, urn das Feuer schnell einzudammen und die Rettung von Menschen zu gestatten. Dann wird erst nachtraglich der Schaum eingesetzt, urn den Brand vollkomrnen zu Ioschen.
1961 begann bei NRC die Arbeit an der Entwicklung eines Vereinbarkeits- testes. Ausser der Reihenfolge, in der die beiden Mittel norrnalerweise in der Praxis eingesetzt werden, d.h. Losch- pulver und daraufhin Schaum, wurde ein Brand einer feuergefahrlichen Fliissig- keit bei diesem Vorgang zugrunde gelegt. Der Versuchsablauf wurde dazu benutzt, den Grad der Vereinbarkeit verschiedener Kombinationen von "zu vereln- barenden" chernischen Loschpulvern und Proteinschaurn zu ermitteln. Ein Pulver, das sich nicht vereinbaren liess und stearinsaures Metal1 enthielt, wurde zum Vergleich in die Untersuchungen eingefuhrt. Die Ergebnisse des neuen Versuches wurden anschliessend rnit denen das amerikanischen NRL Ver- suches verglichen.
NRC
TEST
Neun Liter Heptan, deren Raurninhalt einer 5,08 cm Schicht entspricht, wurden auf ein gleiches Volumen Wasser in einem Stahltank mit den Abrnessungen 0,61
x
0,61x
0,30 rn auf das Wasser aufgebracht. 1,8 kg chemisches Losch- pulver werden rnit der Hand so gleich- massig wie moglich iiber die Oberflache des Heptans verteilt, ausser in Fallen der Blindwertermittlung fur Schaurn, wobei kein Loschpulver verwendet wird.Nach einer Vorbrennzeit von einer Minute, wird Schaum mit einem Ausdeh- nungsverhiltnis von 10 und einer 25 "/,- igen Abflusszeit von etwa 3 Minuten,
TABLE I (a)/TABLEAU I (a)/TABELLE I (a)
CONTROL TIME, MINUTESITEMPS DE CONTROLE-MINUTES/EINDAMMUNGSZEIT IN MINUTEN
Foam Liquids
Powders
I
C D E FI
I 2
i
1.17 1.20 0.68 0.67 0.68 0.68 0.57 0.62 1.13 1.10 1.12*This meatz was computed using the value of 4.00 instead of > 4.00.
*Cette moyenne a PIP calculPe en utilisant la valeur de 4 au lieu de > 4.
*
Dieses Mittel wtrrde unter Zugrundelegung des Wertes 4,00 anstatt > 4 berechnet.TABLE I (b)/TABLEAU I (b)/TABELLE I (b)
EXTINGUISHMENT TIME, MINUTESITEMPS D'EXTINCTION-MINUTES/ LOSCHZEI T IN MINUTEN
Foam Liquids A I Powders I B
1
C1
D1
E1
F G N o Powder CompatibleNo.1 1.55 0.67 1.11 1.07 2.08 1.58 0 2 7 0.88 0.88 1.12 2.52 1.82 1.33 1.38 1.36 0.65 0.80 0.72 2.37 1.79 2.08 CompatibleNo.2 3.00 0.93 1.96 1.00 1.08 1.04 0.93 0.75 0.84 1.48 1.08 1.28 2.00 1.40 1.70 0.70 0.80 0.75 0.63 0.80 0.72 CompatibleNo.3 0.85 0.85 0.85 1.17 1.00 1.08 1.13 0.95 1.04 1.12 1.20 1.16 1.50 0.87 1.18 0.62 0.72 0.67 1.17 1.37 1.27 CompatibleN0.4 3 3 1.181
2 6 0.83 7 2 2 8 0.77 0.68 0.72 1.33 1.33 3 3 0.97 0.82 0.90 0.83 0.80 0 . 8 2 2.53 2 3 1.88I
*This mean was computed usitlg the value of 4.00 instead of > 4.00.
*Cette moyenne a PtP calculPe en utilisatit la valelrr de 4 au lieu de > 4.
*
Dieses Mittel wurde unter Zugrundeleg~rng des Wertes 4,00 anstatt > 4 berechnet.Powders=Poudres=Pulver. F o a m liquids=Mousses liquides=Schaumflussigkeiten. Run=Essai=Versuch. Mean=Moyen=Mittelwert. N o powder=Pas de poudre= Kein Pulver. N o n - c o m p a t i b l e = Non compatible= Nicht vereinbar. C o m p a t i b l e No. I = Poudre compatible No. I ='/ereinbar Nr. I. S u m o f means=Somme des moyennes =Summe der Mittelwerte. S u m o f m e a n s t No. of foam liquids=Somme des moyennes divishe par nombre de mousses liquides=Summe der Mittelwerte: der Anzahl der Schaumflussigkeiten. increase i n c o n t r o l time=Aumentation du temps de contrBle=Verlangerung der Eindammungszeit, +=divis& par=geteiltdurch. A11 c o m p a t i b l e powders=toutes les poudres compatibles=Alle kombinationsf'ahige Pulver.
10 ft. (3.05 ni. by 3.05 m.) tank. A fire tank 2 ft. by 2 ft. by 1 ft. deep (0.61 m. by 0.61 m. by 0.30 m.) was therefore selected for the present investigation. Four pounds of dry chemical powder, i.e., 1 Ib. per sq. ft. (4.9 kg/m" of fuel surface, are used in this procedure, except for blank determinations in which no powder is used. The quantity of 1 lb. per sq. ft. (4.9 kg/m") is considered representative of quantities of powders used during aircraft crash fire-fighting operations of the Royal Canadian Air Force.
Preliminary experiments indicated that a foam solution application rate of 0.1 gpm per sq. ft (4.9 l/m2/min.) of fuel surface would be satisfactory for the present method in which the quantity of powder used is 1 lb. per sq. ft. (4.9 kg/m2) of fuel surface. A lower solution rate of application, 0.05 gpm per sq. ft. (2.4 l/m"min.), was found to be sufficient for "controlling" the fire using sodium bicarbonate. On the other hand, at a greater solution rate of application, 0.15 gpm per sq. ft. (7.3 l/mvmin.), little difference in results was noted between tests in which sodium bicarbonate is used as compared to those in which a non-compatible dry chemical is used.
Evaluation Tests
Seven brands of "6% Regular" protein foam liquid, four brands of "com- patible" dry chemical powder and one brand of a non-compatible dry chemical- powder containing a metallic stearate were used in the present series of experiments.
The results of "control" time and extinguishment time in duplicate for all the combinations of foam liquids and dry chemical extinguishing powders examined are given in Tables IA and IB respectively. Results of blank deter- minations also in duplicate for the seven brands of foam liquid are included in these Tables. The results indicate that "control" time yields better replication than extinguishment time. Therefore, the interpretation of test results which follows will be based on control time. The mean control times for all foam liquids are shown in Table 11. The figures in Table I1 indicate that the foam-compatible powders examined have less tendency t o break down protein foam than the non-compatible powder examined. The compatible powders did tend to break down foam to some degree, however, as seen by comparison with results in which no powder was used. According to the NRC procedure, the use of the non-compatible powder increased the control time by a factor of 3 to 4 (as compared to the blank determinations) while the "compatible" powders examined only increased the control time by 14 to 43
%.
The mean control time for all the compatible powders taken together is given in Table 111. The increase in the control time over blank determination
pour chaque determination. Le temps de contrdle est defini comme &ant le temps qui s'koule entre l'application de la mousseet le moment auquel l'intensite de rayonnement du feu a diminue de 10% de la valeur maximale atteinte pendant la periode de combustion preliminaire. Le temps d'extinction est defini c o m e etant le temps qui s'Ccoule entre l'appli- cation de la mousse et le moment auquel il n'y a plus du tout de flammes.
I1 convint de prendre un certain nombre de decisions arbitraires pour I'etablissement de la methode d'essai du NRC. Des etudes prtcedentes sur des essais d'extinction de mousse de pro- teine4 avaient indique que l'essai mis au point avec une cuve de 0,61
x
0,61 permettait aussi bien de determiner la qualite de la mousse liquide que celui dans lequel la cuve etait de 3,05x
3,05 m. L'on decida donc de choisir une cuve a feu de 0,61x
0,61x
0,30 m pour l'etude presente. Dans cet essai, I'on utilise 1,8 kg de poudre chimique sttche, c'est-a-dire 4,9 kg par metre carre de surface de combustible, excepte dans les determinations de contrdle dans les- quelles I'on n'emploie pas de poudre. On considere que la quantite de 4,9 kg/m2 represente bien les quantites de poudres utilisees au cours des operations d'extinction d'incendies provoques par des accidents d'avions, effectuees par I'ArmCe de l'air canadienne.Des experiences preliminaires indiqutrent qu'une solution de mousse appliqute a un taux de 4,9 l/min par metre carre de surface de combustible serait satisfaisante pour la methode presente dans laquelle la quantite de poudre utilisee est 4,9 kg par metre carre de surface de combustible. L'on constata qu'un taux d'application de solution plus faible, soit de 2,4 l/min/m2, fut insuffisant a maitriser l'incendie en presence de bicarbonate de sodium. D'un autre cdte, a un taux d'application plus eleve, soit 7, 3 I/min/m2, on n'en- registra que peu de diffetence dans les resultats lorsqu'on employa du bicar- bonate de sodium ou lorsqu'on utilisa une poudre chimique non compatible.
Essais d'evaluation
Dans la presente strie d'experiences, on utilise sept qualitts differentes de mousse liquide a base de proteine "6% Regular", quatre qualites de poudre chimique stche "compatible" et une qualite de poudre chimique seche non compatible contenant un stearate mttallique.
Les tableaux IA et IB indiquent respectivement les temps de contrdle et les temps d'extinction de toutes les combinaisons de mousses liquides et de poudres chimiques stches examinees au cours de deux essais. Ces tableaux indiquent aussi les resultats des deter- minations de contrdle des sept qualites de mousses liquides, egalement au cours de deux essais. Les resultats montrent que les temps de contrdle ont une meilleure reproduction que les temps d'extinction. Par consequent, l'inter- pretation des resultats des essais qui
der in einem regulierbaren Schaum- generatorJ hergestellt worden ist, in die Mitte des Tanks durch eine Duse Init 1,27 cm Durchmesser mit einer Losungs- geschwindigkeit on 4,9 l/mZ/Min. auf die Treibstoffoberflache aufgebracht. Die Duse sitzt direkt uber der Mitte des Tanks, 0,91 m uber der Treibstoffober- flache. Der Fortschritt in der Unter- druckung des Brandes wird mit Hilfe eines Goldscheibenstrahlungsn~essers~, der an eine Millivolt-Aufzeichnungs- anlage angeschlossen ist, aufgezeichnet. Der Strahlungsmesser ist 1,83 m von der einen Seite des Tanks entfernt und befindet sich 0,61 m uber dessen Oberkante. Die Feuereindammungszeit und die Loschzeit werden jedesmal aufgezeichnet. Die Eindammungszeit ist definiert als der Zeitraum nach Beginn der Schaumauftragung, in dem die Strahlungsintensitat vom Brand auf 10
%
des Maximalwertes eingedammt wird, die in der Vorbrennzeit erreicht wurde. Die Loschzeit ist definiert als jene Zeit nach Beginn der Schaumaufbringung, in dem die letzte kleine Flamme geloscht wird.Eine Anzahl von Entscheidungen war bei der Einrichtung des N R C Versuchs- ablaufs zu treffen. Vorausgegangene Untersuchungen iiber die Brandloschung mit Proteinschaum4 zeigten, dass der Test mit einem 0,61
x
0,61 m Tank genau so ausreicht, um die Eigenschaften einer schaumigen Flussigkeit festzulegen wie ein Tank mit den Abmessungen 3,05x
3,05 m. Ein Brandtank mit den Abmessungen 0,61x
0,61 x 0,30 wurde deshalb fur die vorliegende Unter- suchung gewiihlt. 1,814 kg Loschpulver, d.h. 4,9 kg/mf der Treibstoffoberflache werden bei d~esem Verfahren benutzt, ausser bei der Bestimmung von Blind- werten, bei denen kein Loschpulver eingesetzt wird. Die Menge von 4,9 kg/m2 wird als reprasentativ fur die Losch- pulvermengen angesehen, die bei der Bekampfung von Branden nach Flug- zeugabsturzen von der kanadischen Luftwaffe eingesetzt werden.Vorlaufige Experimente zeigten, dass eine Schaumlosungauf bringungsge- schwindigkeit von 4,9 l/mz/min. auf die Treibstoffoberflache fur die gegenwartige Methode zufriedenstellend sein wiirde, bei der ja die Loschpulvermenge 4,9 kg/mVreibstoffoberflache betragt. Eine niedrigere Aufbringungsge- schwindigkeit von 2,4 I/m"min. erwies sich als unzureichend zum Eindammen des Feuers unter Benutzungvon Natrium- bikarbonat. Andererseits wurde bei einer grosseren Aufbringungsge- schwindigkeit der Schaumlosung, namiich bei 7,3 l/m2/min. nur ein geringfugiger Unterschied in den Ergeb- nissen bemerkt, und zwar bei jenen Versuchen, in denen Natriumbikarbonat venvendet wird im Vergleich zu denen, bei welchen ein nicht vereinbares Ltisch- pulver Verwendung fand.
Auswertungversuche
Sieben Marken einer 6%-igen Protein- schaumlosung, vier Marken elnes chemischen Trockenloschpulvers, der
for the seven brands of foam liquid varied from 5 to 59
%.
Table 111 indicates the relative degree of compatibility of different foam liquids with the four "compatible" powders examined.N R L TEST
A sample of foam is prepared by mixing 200 ml of a 6
%
solution of foam liquid in water in a standard kitchen mixer at a speed of 870 rpm for 3 minutes. (The expansion ratio of foam should be between 10 and 11.5 and the 25%
drainage time should be no less than 25 minutes). Ten grams of dry chemical are sifted uniformly o n the surface of a pan of foam. Three minutes after filling the pan with foam the pan is placed on a sloping stand and exposed t o heat from a n inverted hot plate maintained a t 1,00O0F (538°C) directly above the pan. The relationship between the drainage rate for a combination of foam and dry chemical and the drainage rate for a blank determination in which no powder is used, is a measure of the degree of compatibility.Evaluation
Tests
The seven brands of protein foam liquid, four brands of "compatible" dry chemical and one brand of a noncompa- tible dry chemical which were subjected to the NRC test were also subjected to the NRL test. Blank determinations were made in duplicate with each foam
suit, est baste sur les temps de contrble. Le tableau I1 donne les temps de contrble moyens de toutes les mousses liquides. Les chiffres qui figurent sur ce tableau indiquent que les poudres examinees compatibles avec la mousse ont moins tendance
i
dttruire la mousse de protein: que la poudre non compatible examinee. Les poudres compatibles ont cependant eu tendance a dktruire la mousse jusqu'a un certain point, c o m e on le constate par comparaison avec les experiences dans lesquelles on n'emploie pas de poudre. Avec la methode NRC, I'emploi de poudre non compatible augmente le temps de contrble d'un facteur de 3 a 4 (par com- paraison aux determinations de contrble) alors qu'avec les poudres compatibles, le temps de contrble n'est augment6 que de 14 a 43%.
Le tableau 111 donne le temps de contrble moyen de toutes les poudres compatibles prises ensemble. L'augmen- tation du temps de contrble sur les determinations de contrble pour les sept qualites de mousse liquide a variC de 5 a 59%. Le tableau 1 1 1 indique le degre relatif de compatibiliti des differentes mousses liquides avec les quatre poudres compatibles examinees.
ESSAl
DU
N R L
On prepare un tchantillon de mousse en melangeant 200 ml d'une solution a6 % de mousse liquide dans de I'eau, dans un mixer de cuisine standard, a une vitesse de 870 tlmin, pendant 3 minutes. (Le taux d'expansion de la mousse devrait Ctre de 10 a 11,5 et le
vereinbar ist und eine Marke eines nicht vereinbaren Trockenloschpulvers niit einemstearinsauren Metallgehalt wurden in der vorliegen Versuchsserie verwendet. Die Ergebnisse der Eindammungszeit und der Loschzeit sind in doppelter Ausfuhrung fur alle Komblnationen von Schaumflussigkeiten und chemischen Trockenloschmitteln, die untersucht wurden, in Tabelle 1A und 1B gegeben. Die Ergebnisse der Blindwertbestim- mungen, ebenfalls in doppelter Ausfuh- rung, sind fur die sieben Marken der Schaumlosung ebenfalls in diese Tabellen eingefugt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Eindammungszeit besser und leichter reproduzieren lasst als die Loschzeit. Deshalb ist die Deutung der Versuchsergebnisse, die hier folgt, auf die Eindammungszeit begrundet. Die mittleren Eindammungszeiten fur alle Schaumflussigkeiten sind in Tabelle I1 gegeben. Die Zahlenangaben in Tabelle
I 1 zeigen, dass die mit Schaum verein-
baren Loschpulver, die untersucht wurden, weniger Tendenz zeigen, den Proteinschaum aufzulosen als das nicht vereinbare Loschpulver. Die vereinbaren Pulver zeigten die Tendenz bis zu einem gewissen Grad den Schaum zu zersetzen, wie man aus einem Vergleich mit den Ergebnissen der ~ e r s u c h e , bei denen kein Loschpulver verwendet wurde, sehen kann. Entsprechend dem NRC Versuchsablauf verlangerte die Verwen- dung eines nicht vereinbaren Losch- pulvers die Eindammungszeit um einen Faktor 3 bis 4 (im Vergleich zu den Blindwertbestimmungen) wlhrend die "zu vereinbaren" Pulver, die unter- sucht wurden. die Eindammungszeit
TABLE IIIITABLEAU IIIITABELLE III
Powders
No Powder
nur um 14 bis 43
%
verlangerten. Der Mittelwert fur die Eindammungs-TABLE IIITABLEAU IIITABELLE II zeit bei allen zu vereinbaren Pulvern ist MEAN CONTROL TIME FOR FOAM LIQUIDSITEMPS DE CONTROLE zusammengefasst in Tabelle 111. Die
MOYEN POUR LES MOUSSES LIQUIDESIMITTLERE EINDAMMUNGS Verlangerung der Eindammungszeit im
ZEIT FUR SCHAUMFL~SSIGKEITEN Vergleich zur Blindwertbestimmung fur die sieben Marken einer Schaum- flussigkeit variierte von 5 bis 59%. Tabelle 111 zeigt den relativen Grad der Vereinbarkeit versch~edener Schaum- flussigkeiten mit den vier untersuchten Loschpulvern, die vereinbar sind.
N RL Test
All Foam LiquidsEine Schaumprobe wird vorbereitet, indem 200 ml einer 6%-igen Schaum- Iosung in Wasser in einem handels- sublichen Kuchenmixgerat bei elner Geschwindigkeit von 870 U/Min. 3 Minuten lang gemischt wlrd. (Das
"
Ausdehnungsverhaltnis von Schaum4.07
1
P::;
1
Sum of Means
MEAN CONTROL TIME FOR COMPATIBLE PO WDERSITEMPS DE CON- muss zwisciien 10 und 11,5 h e n und
TROLE MO YEN POUR LES .POUDRES COMPATIBLESIMITTLERE EIN- die 25 %-ige Abflusszeit darf n'cht
DAMMUNGSZEIT FOR KOMBINATIONSFAHIGE PULVER weniger als 25 Minuten betragen.) 10 g
eines chemischen Trockenpulvers werden Noncompatible
Sum of Means Increase in
+
No. Control Time of Foam Liquids0
13.36
-
gleichmassig auf die Oberfliiche einer Schaumpfanne gesiebt. 3 Mlnuten nach Anfullen der Pfanne mit Schaum wird sie auf einen Haltestsnder gegeben und von einer umgedrehten Heizplatte bestrahlt, die direkt uber der Pfanne angebracht wird und eine Temperatur von 538°C entwickelt. Die Beziehung zwischen der Abflussgeschwindigkeit einer Kombination von Schaum und
Compatible No. I 4.63 0.66 14
Compatible No. 2 4.87 2 1
Compatible No. 3
Compatible No. 4
1
::E
0.83i
31 43!
I Foam L~quids I -- - I-A,
I
,
,
3.36 0.84 33 Sum of Means Sum of MeansT4 2.93 0.73 35 2.50 0.62 7---
2.93 2.54 0.73 0.64 2.561
3.78 0.64 0.94 26 5,
21
59liquid and determinations were made in duplicate with each of the combinations of powders and foam liquids.
Some problems were encountered in producing foam of specified characteris- tics, e.g., expansion ratio between 10 and 11.5 and 25% drainage time greater than 25 minutes. An adjustable foam generator4 was therefore used in place of the kitchen mixer. This method permits production of a more homo- geneous foam and closer control of foam properties. The specified 25% drainage time, however, could not be obtained with every foam liquid in spite of this modification. The experimental results are presented in Table IV.
The requirement of the N R L test is that the drainage rate must be less than twice the drainage rate for the blank determination. None of the powders examined would meet this requirement when tested with two of the foam liquids, D and G. Compatible powders Nos. 1 and 4 met the requirement with five of the foam liquids, A, B, C, E and F. Compatible powder No. 3 met the requirement with four of the foam liquids, A, B, C and F. Compatible powder No. 2 did not meet the require- ment with any of the foam liquids. Thus it is apparent that the N R L test is also a test for both the foam liquid and the dry chemical powder.
The mean of drainage rates for all the foam liquids was computed and is presented in Table V. The figures in Table V indicate that three of the compatible powders, i.e., Nos. 1, 3 and 4, yield approximately the same degree of compatibility with the foam liquids examined.
The mean of drainage rates for foam when tested with the compatible powders was computed and is presented in Table VI. This table indicates that the order of decreasing degree of compatibility of foam liquid with powder is as follows: B , A , C , F , G , E , D .
Table IV indicates a fairly wide varia- tion in the drainage rates for blank determinations. I n order t o eliminate whatever influence this variation might have in assessing compatibility, the ratio of the drainage rate of a test with that of a blank determination was considered. The results of this work, presented in Table VII, indicates that the order of decreasing degree of compatibility of foam liquid with powder is: A, B, F, C, E, D, G.
The ranking of foam liquids as to the degree of compatibility with powder, obtained from Tables VI and VII, was compared. Spearman's rank correlation coefficient6 was found t o be 0.82, indicating that the two methods of
temps d'koulement de 25% ne devrait pas Etre inferieur a 25 minutes). On tamise uniformement 10 grammes de poudre chimique stche
a
la surface d'un recipient de mousse. Trois minutes aprts avoir rempli le recipient de mousse, il est place sur un support incline et exposea
la chaleur d'une plaque chaude retournee maintenue a 538°C directe- ment au-dessus du recipient. Le rapport entre le taux d'koulement d'une com- binaison de mousse et de poudre chimique et celui d'une determination de contr6le dans laquelle on n'emploie pas de poudre permet de mesurer le degri de cornpatibilite.Essais d'dvaluation
Les sept qualites de mousse liquide de protkine, les quatre qualites de poudre chimique s k h e compatible et la qualite de poudre chimique stche non compatible utilisees dans l'essai du N R C le furent tgalement dans l'essai du NRL. On fit deux determinations de contr6le avec chaque mousse liquide et deux determinations avec chacune des combinaisons de poudres et de mousses liquides.
Certains probltmes se presenterent lorsqu'on voulut produire de la mousse de caracteristiques determinkes, par exemple dont le taux d'expansion etalt de 10
a
11,5 et le temps d'ecoulement de 25%
superieur a 25 minutes. On utilisa donc un generateur d e mousse reglable4a la place du mixer de cuisine. Cette methode permet de produire une mousse plus homogtne et de contrder plus facilement ses proprietes. Cependant malgre cette modification, il ne fut pas possible d'obtenir le temps d'ecoulement d e 25
%
specifie avec toutes les mousses liquides. Les resultats experimentaux sont indiques sur le tableau IV.La condition requise pour l'essai d u N R L est que le taux d'ecoulement soit inferieur a deux fois le taux d'ecoulement de la determination de contr6le. Aucune des poudres examinees ne put satisfaire cette condition lorsqu'elles furent em- ployees avec deux des mousses liquides, D et G. Les poudres compatibles 1 et 4 repondirent a cette condition avec 5 des mousses liquides, A, B, C, E et F, ainsi que la poudre compatible No. 3 avec 4 des mousses liquides A, B, C et F. La poudre compatible No. 2 ne put satisfaire cette condition avec aucune des mousses liquides. I1 est donc evident que l'essai du N R L est un essai a la fois pour la mousse liquide et pour la poudre chimique s k h e .
L'on calcula la moyenne des taux d'koulement de toutes les mousses liquides. Ces moyennes figurent sur le tableau V. Les chiffres de ce tableau indiquent que trois des poudres com- patibles, B savoir 1, 3 et 4, ont approxi- mativement le mEme degre de com- patibilite avec les mousses liquides examinks.
L'on calcula la moyenne des taux d'ecoulement des mousses en presence des poudres compatibles. Ces moyennes figurent sur le tableau VI. Ce tableau
Loschpulver und der Abflussgesch- windigkeit fiir eine Blindwertbestim- mung, bei keinerlei Pulver v e y e n d e t wird, ist ein Mass fur den Grad der Vereinbarkeit.
Auswertungsversuche
Die sieben Marken des flussigen Proteinschaums, die vier Marken eines geeigneten Loschpulvers und die eine Marke eines nicht zu vereinbarenden Trockenpulvers, die dem N R C Test unterworfen wurden, wurden auch mit den Methoden des N R L Testes unter- sucht. Blindbestimmungen wurden in doppelter Ausfuhrung mit jeder Schaum- flussigkeit gemacht, und Bestimrnungen in doppelter Ausfuhrung wurden mit jeder der Kombinationen zwischen Pulver und Schaum vorgenommen.
Einige Schwierigkeiten ergaben sich bei der Herstellung von Schaum mit bestinlmten Eigenschaften, d.h. mit einem Ausdehnungsverhaltnis zwischen 10 und 11,5 und einer 25 %-igen Ab- flusszeit, die mehr als 25 Minuten erfullen musste. Ein regulierbarer S c h a u m r e g u l a t o r ~ u r d e deshalb an Stelle des Kuchenmixgerates benutzt. Diese Methode gestattet die Herstellung eines homogeneren Schaumes und eine genauere Regelung der Schaumeigen- schaften. Die verlangte 25 %-ige Abflusszeit konnte jedoch nicht bei jeder Schaumflussigkeit trotz dieser Versuchs- veranderung erzielt werden. Die Versuchsergebnisse sind aus Tabelle IV ersichtlich.
Bei dem N R L Test wird gefordert, dass die Abflussgeschwindigkeit weniger als die doppelte Abflussgeschwindigkeit bei der Blindwertbestimmung betragen muss. Keines der untersuchten Losch- pulver entsprach diesem Erfordernis, wenn es mit zweien der Schaumflussig- keiten, rnit D und G getestet wurde. Die Loschpulver mit Vereinbarkeit Nummer 1 und 4 entsprachen den Erfordernissen in einer Kombination mit funf der Schaumflussigkeiten, mit A, B, C, E und F. Das zur Kombination geeignete Pulver Nummer 3 entsprach bei vier der Schaumflussigkeiten, bei A, B. C und F dieser Anforderung. Das Loschpulver Nummer 2 entsprach bei keiner der Schaumflussigkeiten den Erfordernissen. Somit ist es offenkundig, dass der N R L Test ebenfalls ein Test fur die Schaum- flussigkeit und die chemischen Losch- pulver ist.
Der Mittelwert der Abflusszeit aller Schaumflussigkeiten wurde errechnet und ist aus Tabelle V ersichtlich. Die Zahlenangaben in Tabelle V zeigen, dass drei der kombinationsfahigen Loschpulver, namlich Nummer 1, 3 und 4 etwa den gleichen Vereinbarkeitsgrad mit den untersuchten Schaumflussig- keiten aufweisen.
Der Mittelwert fur die Abflusszeit des Schaumes bei der Untersuchung mit den kombinationsfahigen Pulvern wurde be- rechnet und ist aus Tabelle VI ersicht- lich. Diese Tabelle zeigt, dass der abnehmende Vereinbarkeitsgrad der
TABLE VITABLEAU VITABELLE V
2
MEAN OF DRAINAGE RATES FOR THE SEVEN FOAM LIQUIDS/ MO YENNE DES TAUX D'ECOULEMENT POUR LES SEPT MOUSSESLIQUIDESIMITTLERE ABFLUSSZEITEN
FUR
DIE SIEBEN SCHA UMFLUSSIGKEITEN
X o 3 m r n ,
o m - - NTABLE VVTABLEAU VUTABELLE VI
MEAN OF DRAINAGE RATES FOR THE COMPATIBLE POWDERS1 All Foam Liquids
-
0 ' O - -
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MO YENNE DES TA
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D'ECO ULEMENT POUR LES PO UDRESCO
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All Powders Sum of Means+
7 6.7 130 13.8 5 1 14.9 14.5 Powders Sum of Means1
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TABLE VlfITABLEAU VIVTABELLE VII N o Powder
...
...
Noncompatible
...
...
Compatible No. I...
Compatible No. 2...
Compatible No. 3...
DRAINAGE RATE fntlltnin'l OF A TEST DRAINAGE RATE FOR BLANK 46.6 942 96.8 355 104.3 '4 9 C?9
1:
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Allevaluation, one based on drainage rate and the other based on the ratio of drainage rate of a test with that for a blank determination show a fair degree of agreement with one another.
Comparison o f N R C and N R L Test Results
The ranking of the foam liquids in order of decreasing degree of compatibi- lity of foam liquid with powder for the N R C test was: B, F, C, A, G, E, D. Spearman's rank correlation coefficient for these data and the results of the N R L test based on drainage rate was 0.84, indicating a fair degree of agree- ment between these two sets of results. The fairly good correlation in the two sets of results is somewhat surprising at first glance because the two methods of evaluation appear to be so different from each other. In the N R L test, the dry powder is sprinkled on foam and radiant heating is used to accelerate foam destruction. In the N R C test, the powder is applied on the liquid consist- ing of heptane floated on water. If it is assumed that a compatible powder containing essentially sodium bicarbo- nate is tested, a small amount of bicarbonate is dissolved in heptane and somewhat more in water but the major portion sinks to the bottom of the tank. After a pre-burn period, a jet of foam is directed to the centre of the tank, promoting the mixing of foam with sodium bicarbonate, water and heptane. Sodium bicarbonate is therefore brought into intimate contact with foam, particu- larly near the centre of the tank.
A possible explanation of the mechan-
ism of foam destruction which is consistent with the evidence of correla- tion between N R L and NRC tests is offered as follows. Since the present investigation is primarily concerned with the evaluation of "compatible" powders and protein foams, the breakdown of foam by the main constituent of the powders, sodium bicarbonate, was considered.
Protein molecules are made up of polypeptide chains with side chains of , acidic and basic groups. The acidic groups are ionized in solution when the p H is above 5, as represented in Fig. 1. The electrostatic repulsion between the carboxyl groups tends to stretch the polypeptide chain. The molecules are thus in a favourable shape t o entangle with each other and hold water mole- cules. Thus the foam produced will be relatively stable.
Sodium bicarbonate is sparingly soluble in water at ordinary tempera- tures and the solution of the bicarbonate is slightly hydrolyzed. Both the solubility and hydrolysis are increased at elevated temperatures, and carbon dioxide is evolved as shown in Fig. 2.
The Na+ ions are attracted to the charged acidic groups, forming diffuse clouds around them. Thus the acidic groups are screened from each other,
continued next page, foot of cols. 2-3
indique que l'ordre de degre decroissant de compatibilite des mousses liquides avec les poudres est le suivant: B, A, C, F, G, E, D.
Le tableau IV indique une assez grande variation des taux d'ecoulement dans les determinations de contr6le. Pour eliminer l'influence que cette variation pourrait avoir dans l'haluation de la compatibilite, on examina le rapport du taux d'ecoulement d'un essai avec celui d'une determination de contr6le. Les resultats de cet examen, prksentks dans le tableau VII, indiquent que I'ordre du degre decroissant de compatibilite des mousses liquides avec les poudres est: A , B , F , C , E , D , G .
On compara la place occupee par les mousses liquides, eu egard a leur degre de compatibilite avec les poudres, dans les tableaux VI et VII. On trouva que le coefficient de correlation de rang de Spearman6 etait de 0,82, indiquant que les deux methodes d'evaluation, l'une baste sur le taux d'ecoulement et l'autre sur le rapport du taux d'ecoulement d'un essai avec celui d'une determination de contr6le, presentaient un assez bon degre de concordance.
C o m paraison des r&.ultats des essais d u N R C e t d u N R L
Pour l'essai du NRC, la place occupee par les mousses liquides par ordre de degre decroissant de compatibilite avec les poudres Ctait : B, F, C, A, G , E, D . Le coefficient de correlation de rang de Spearman pour ces resultats et ceux de l'essai du NRL, base sur le taux d'ecoule- ment, etait de 0,84, indiquant une assez bonne concordance entre les deux series de resultats.
Cette assez bonne concordance peut surpreildre au premier abord, parce que les deux mtthodes d'evaluation semblent Ctre tres differentes l'une de l'autre. Dans l'essai du NRL, la poudre seche est repandue sur la mousse et l'on utilise de la chaleur rayonnante pour accelerer la destruction de la mousse. Dans l'essai du NRC, la poudre est appliquee sur le liquide, en I'occurence de l'heptane'flottant sur de l'eau. Si l'on suppose qu'on emploie dans l'essai une poudre compatible contenant essentiel- lement du bicarbonate de sodium, une petite quantite de bicarbonate est dissouse dans l'heptane et une quantite quelque peu superieure dans l'eau, mais la majeure partie tombe au fond de la cuve. Aprbs une periode de combustion preliminaire, un jet de mousse est dirige vers le centre de la cuve, et la mousse se melange au bicarbonate de sodium,
a
l'eau et a l'heptane. Le bicarbonate de sodium arrive donc en contact intime avec la mousse, en particulier pres du centre de la cuve.On pourrait expliquer de la maniere suivante, qui est compatible avec la preuve de correlation entre l'essai du NRL et celui du NRC, le mecanisme de la destruction de la mousse. Cornme I'etude presente porte essentiellement sur l'evaluation des poudres compatibles et
Suite, page suivante, col. 1
Schaumfliissigkeit rnit Loschpulver folgendermassen aussieht: B, A, C, F,
G, E, D .
Tabelle IV zeigt eine ziernlich weitge- spannte Variation bei den Abflusszeiten fiir Blindwertbestirnmungen. Um den Einfluss dieser Variation auf die Bestimmung der Vereinbarkeit so weit wie moglich auszuschliessen, wurde das Verhaltnis der Abflusszeit eines Ver- suches zur Blindwertbestirnmung In Betracht gezogen. Die Ergebnisse dieser Arbeit, die in Tabelle VII vorliegen, zeigen, dass die Reihenfolge der abneh- menden Vereinbarkeit von Schaum- fliissigkeit rnit Loschpulver folgender- massen aussieht: A, B, F, C, E, D, G .
Die Rangordnung der SchaumAiissig- keiten nach dern Grad ihrer Verein- barkeit rnit Loschpulver, die sich aus den Tabellen VI und VII ergab, wurden miteinander verglichen. Spearmans Rangordnungs - Korrelationskoeffizient wurde rnit 0,82 ermittelt, woraus hervorgeht, dass die beiden Bewertungs- methoden-die eine auf der Abfluss- geschwindigkeit beruhend und die andere auf dern Verhaltnis der Abflussgesch- windigkeit eines Versuches zur Blind- wertbestimmung-einen angemessenen Ubereinstimmungsgrad zeigen.
Vergleich der Ergebnisse der N R C und N R L Testen
Die Einordnung der Schaumfliissig- keiten nach abfallender Vereinbarkeit der Schaumfliissigkeit rnit dern Losch- pulver war beim N R C Versuch: B, F, C, A, G, E, D. Spearmans Einordnungs- korrelationskoeffizient fur diese Angaben und die Ergebnisse des NRL Testes, der auf der Abflusszeit beruht, betrug 0,84 wodurch also eine annehmbare oberein- stimmung zwischen diesen beiden Versuchsergebnissen angezeigt ist.
Die ziemlich gute Entsprechung bei diesen beiden Gruppen von Ergebnissen ist auf den ersten Blick etwas erstaunlich, denn die beiden Bewertungsmethoden scheinen so verschieden voneinander zu seln. Bei dern NRL Test wird das Loschpulver auf den Schaum verstreut und eine Strahlungsheizung wird benutzt, um die Schaumzersetzung zu besch- leunigen. Bei dern N R C Test wird das Pulver auf die Fliissigkeit, die aus Heptan, das auf Wasser schwimmt, besteht, aufgebracht. Wenn man von der Voraussetzung ausgeht, dass ein kombinationsfahiges Pulver, das im wesentlichen Natriumbikarbonat enthalt, getestet wird, so wird eine kleine Menge des Bikarbonats in Heptan gelost und etwas mehr in Wasser, aber der grossere Teil sinkt auf den Boden des Tanks ab. Nach einer Vor- brennzeit wird ein Schaumstrahl auf den Mittelpunkt des Tanks gelenkt, der das Mischen des Schaums mit dern Natriumbikarbonat mit den1 Wasser und dern Heptan fordert. Natrium- bikarbonat wird somit in engen Kontakt rnit Schaum gebracht, besonders in der Nahe des Mittelpunktes im Tank.
Eine mogliche Erklarung des Mechanismus der Schaurnzersetzung,
Franeais
(Suite de la page pre'cidenfe, col. 2) des mousses de proteine, on a envisage la destruction de la mousse par le principal constituant des poudres, le bicarbonate de sodium.
Les molecules de proteine sont faites de chaines polypeptides avec des chaines laterales de groupes acides et basiques. Les groupes acides sont ionises en solution lorsque le p H est superieur
a
5, c o m e indique par dessin mathematique I.La repulsion electrostatique entre les groupes carboxyles tend a allonger la chaine polypeptide. Les molecules ont alors une configuration favorable pour s'enchevgtrer et retenir des molecules d'eau. La mousse produite est donc relativement stable.
Le bicarbonate de sodium est relative- ment peu soluble dans l'eau
a
des temperatures ordinaires et la solution de b~carbonate est legtrement hydrolyste. La solubilitt et I'hydrolyse augmentent toutes deuxa
des temperatures Clevees et du gaz carbonique est produit comme indique par dessin mathe- matique 11.Les ions Na+ sont attires vers les groupes acides charges, les entourant de nuages diffus. Les groupes acides sont ainsi separes les uns des autres, ce qui diminue la repulsion electrostatique entre eux. La chaine polypeptide a alors tendance a s'enrouler en enroulements irreguliers et les molecules ont de moins en moins la configuration qui favorise leur enchevgtrement. La mousse perd ainsi de sa stabilite et est rapidement dttruite.
L'explication cildessus suppose que le bicarbonate de sodium, la prottine, l'eau et la chaleur contribuent au mecanisme de destruction de la mousse. Ces quatre facteurs etaient communs aux experiences poursuivies tant par le NRL que par le NRC.
Conclusion
L'etude prtsente montre que les essais du N R C et du N R L seraient tous deux satisfaisarfts llour l'evaluation du degre de compatibilitt de poudre seche avec la mousse a base de proteine. I1 semble que I'essai du NRL soit plus facile a inclurc dans une specification en raison de sa simplicite, a condition d'y apporter quelques modifications. L'on pourrait utiliser un generateur de mousse reglable a la place d'un mixer de cuisine, pour obtenir de la mousse de plus grande uniformite. Le temps d'koulement de 25% spbifit pourrait etre reduit pour que toutes les mousses liquides en vente dans le commerce puissent convenir a I'essai. On pourrait egalement envisager d'utiliser une valeur limitative fixe pour le taux d'ecoulement au lieu d'un taux d'ecoulement moyen ne depassant pas deux fois celui qu'on obtient dans le m&me essai au cours'd'une determination de contrble, comme actuellement spCcifiC.
Deut$@h
( S e h e vorgehende Seitedie iibereinstimmt mit der Entsprechung zwischen dem N R L und dem N R C Test sol1 hier versucht werden. D a die vorliegende Untersuchung sich vor- wiegend mit der Auswertung von Loschpulvern beschaftigt, die mit Proteinschaum vereinbar sind, wurde die Zersetzung des Schaums durch den Hauptbestandteil dieser Loschpulver, namlich Natriumbikarbonat, unter- sucht.
Proteinmolekule bestehen aus Polypeptid Ketten mit Seitenketten von Saure- und Laugengruppen. Die Sauregruppen werden in der Losung ionisiert, wenn der pH-Wert uber 5 liegt, wie Darstellung I zeigt. Die elektrostatische Abstossung zwischen den Karboxyl Gruppen fuhrt im all- gemeinen zu einem Strecken der Poly- peptid Kette. Die Molekiile sind deshalb also in einer gunstigen Form, um sich ineinander zu verklammern und Wassermolekule zu halten. Somit ist der entstehende Schaum relativ stabil.
Natriumbikarbonat ist bei Rautem- peratur nur sehr geringfugig in Wasser loslich und die Losung des Bikarbonats wird leicht hydrolysiert. Sowohl die Loslichkeit als auch die Hydrolyse werden bei erhohten Temperaturen gesteigert, und es entwickelt sich Kohlenstoffdioxyd wie Darstellung I1 zeigt. Die Na+ Ionen werden von den elektrisch geladenen Sauregruppen angezogen und bilden urn diese Gruppen herum diffuse Wolken. Somit werden die Sauregruppen gegeneinander ab- geschirmt, wodurch die elektrostatische Abstossung zwischen ihnen verringert wird. Die Polypeptid Kette zeigt deshalb
English
( c o r ~ ~ i t ~ u e d f i o t ~ previousdecreasing the electrostatic repulsion between them. The polypeptide chain therefore tends to coil up to a random coil configuration and the molecules become less favourably shaped for entangling with one another. In this way, foam becomes less stable and a rapid breakdown takes place.
The above explanation suggests that sodium bicarbonate, protein, water and heat contribute to the mechanism of foam destruction. These four factors were common to both the N R L and N R C tests conducted.
Conclusions
The present investigation suggests that either N R C or N R L test would be satisfactory for the evaluation of the degree of compatibility of dry powder with protein foam. The N R L test would appear t o be more suitable for inclusion in a specification due to its simplicity, provided a few modifications are made. A variable foam generator could be used in place of a kitchen mixer in order to improve the uniformity of foam.
die Neigung, sich a m Rande zusammen- zuschliessen, und die Molekule sind weniger ihrer Form nach zum Umklam- mern anderer Molekiile geeignet. Auf diese Weise wird der Schaum weniger stabilund einerascheZersetzung setzt ein. Die vorstehende Erklarung besagt, dass Natriumbikargonat, Protein, Wasser und Warme zu diesem Vorgang der Schaumzersetzung beitragen. Diese vier Faktoren waren sowohl bei dem N R L als auch bei dem N R C Test gemeinsam aufzufinden.
Schlussfolgerungen
Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass entweder der N R C oder der N R L Test zufriedenstellend fur die Bewertung des Vereinbarkeitsgrades von Losch- pulvern mit Proteinschaum sind. Der NRL Test erscheint moglichenveise f u r die Aufnahme in eine Spezifikation besser geeignet, und zwar auf Grund seiner Einfachheit, vorausgesetzt, dass geringfugige Veranderungen vorgenom- men werden. Ein regulierbarer Schaum- generator konnte an Stelle des Kiichenmixgerates benutzt werden, u m die Gleichinassigkeit des Schaums zu verbessern. Die verlangte 25%-ige Ab- flusszeit kann verringert werden, sodass alle Schaumfliissigkeiten, die auf dem Markt sind, wenigstens dem Vorgang entsprechen wiirden. Man kann auch erwagen, einen fixierten Grennvert fiir die Abflusszeit an Stelle einer durch- schnittlichen Abflusszeit einzusetzen, die nicht grosser ist als die doppelte Zeit, die im gleichen Test unter Benut- zung einesBlindwertes ermittelt wurde.
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The specified 25% drainage time might be reduced so that all the foam liquids available on the market could at least meet the procedure. Consideration might also be given to the use of a fixed limiting value for drainage rate instead of an average drainage rate n o greater than twice that obtained in the same test using a foam blank, as now specified.
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