Die Erfindung betrifft schaumbildende Kompositionen mit blastunterdrückenden/eindämmenden Eigenschaften

Behelfsmäßige Sprengvorrichtungen (IEDs = Improvised Explosive Devices) stellen eine zunehmend gefährliche Bedrohung unserer Gesellschaft dar, insbesondere wenn sie ein toxisches chemischbiologisches Mittel [CB-Kampfmittel] enthalten. Es ist von ausschlaggebender Bedeutung, sowohl die Blastwirkung (Druckwellen, Hitzeentwicklung und Schrapnell) als auch die beim Einsatz derartiger Mittel freigesetzten, das CB-Mittel enthaltenden Aerosole einzudämmen. Außerdem stellen die CB-Mittel ein Dekontaminationsproblem dar, wenn sie auf die Oberfläche von Geräten und Fahrzeugen gelangen oder auf dem Boden verschüttet werden.

In den letzten zehn Jahren sind zahlreiche Patente und Schriften über die Anwendung von Schaum zur Unterdrückung der Blastwirkung erschienen. So beschreibt z.B. Clark in den US-Patenten 4,451,947 und 4,5898,341 ein verbessertes Blastunterdrückungsverfahren mit Brandbekämpfungsschäumen, die in einem rohrförmigen Sperrkörper eingeschlossen sind. Typischerweise haben die Schäume ein Expansionsverhältnis von 50 : 1 bis zu 1000 : 1, aber es fehlen Angaben zu ihrer Komposition. Bei der vorliegenden Erfindung geht es hauptsächlich um die Methodik, den Schaum an einer günstigen Stelle einzudämmen.

In dem der Firma Broken Hill Ltd. zugeschriebenen US-Patent 4,964,329 wird eine Komposition beschrieben, die eine Mischung aus einer verschäumbaren Flüssigkeit und einem Zusatzmittel aus Feststoffteilchen darstellt, das als Dispersion im Schaum mitgeführt wird. Es wird geltend gemacht, die Dispersion habe eine schalldämpfende und Schockwellen dispergierende Wirkung.

Das US-Patent 4,442,018 von P. Rand beschreibt eine Schaumkomposition, die sich als blastunterdrückend erweist. Derartige Kompositionen enthalten eine Kombination aus wasserlöslichem Polyacrylsäure-Polymer, einem Schaumstabilisator aus Docedylalkohol, einem Tensid und einem Lösungsmittel.

Das sehr interessante US-Patent 5,434,192 beschreibt eine Komposition aus Tensiden und Stabilisatoren, die aus einer Mischung eines modifizierten natürlichen und synthetischen Polymers und Lösungsmitteln besteht und in der Lage ist, Schaum zu erzeugen, der bei Temperaturen zwischen ca. 22° C und 40° C zwölf Stunden bis mehrere Tage lang beständig bleibt. Ein solcher Schaum wird dazu verwendet, die Emission von flüchtigen Gasen und Dämpfen zu unterdrücken.

Es steht eine Anzahl von Containment-Optionen zur Verfügung. Ursprünglich unternahmen wir Blasttests mit dem Schaumprodukt AFFF, das wir in Nylonglockenzelten eindämmten, die über der bedrohten Stelle aufgestellt wurden. Die Ergebnisse waren sehr ungleichmäßig. Der Schaum löste sich sehr schnell auf, denn er war entweder zu wässrig oder zu leicht und luftig. Zu den in dieser Phase gewonnenen Erfahrungen gehörte die Erkenntnis, dass die physikalische Form des Schaumes sehr stark von der Durchsatzleistung, den Tensidanteilen und der Düseneinstellung abhängt.

Diese Arbeiten führten zur Entwicklung des Containment-Systems, das in dem von selben Erfinder am 12. Dezember 1997 angemeldeten US-Patent 60/069,533 beschrieben wird. Zu jenem System gehört eine zeltartige Umfassung, die über einer behelfsmäßige Sprengvorrichtung aufgestellt und mit einem luftaspirierten wässrigen Schaummaterial gefüllt wird, das wir Dispersionsunterdrückungs-Schaum [DSF = Dispersal Suppressant Foam] nennen. Danach wird die IED detoniert, und das dabei entstehende Schrapnell innerhalb der Umfassung eingedämmt (contained). Das damals von uns verwendete Schaummaterial war ein Produkt, das unter dem Warenzeichen SILVEX gehandelt wird. Seine Formulierung wird in US-Patent 4,770.794 beschrieben, das am 13. September 1988 erteilt wurde.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine schaumbildende Komposition mit blastunterdrückenden Eigenschaften vorgesehen, bestehend aus (a) einem Tensid (40–80 Gew.-%), (b) einem Schaumstabilisator (0–7 Gew.-%), (c) einem Polyalkylenglykol (10-30 Gew.-%) und (d) Wasser (Rest bis zu 100 %).

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Polyalkylenglykol die chemische Formel R₁-(OCH(CH₃)CH₂)_n-OR₂ auf, wobei R₁ und R₂ unabhängig aus H, einem Alkyl oder einer Estergruppe und n > 1 besteht. Die Alkylgruppe kann aus einer Methyl-, Ethyl-, Propyloder Butylgruppe oder einer Mischung derselben bestehen. In einem Ausführungsbeispiel ist R₁ oder R₂ Wasserstoff. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind sowohl R₁ als auch R₂ Wasserstoff.

Alternativ ist das Polypropylenglykol ein partiell ätherisiertes Polypropylenglykol-Derivat derselben Formel R₁-(OCH(CH₃)CH₂)_n-OR₂, wobei jedoch entweder R₁ oder R₂ unabhängig H oder eine Alkylgruppe und n > 1 darstellen kann. Auch hier kann die R₁ oder R₂ darstellende Alkylgruppe aus einer Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylgruppe oder einer Mischung derselben bestehen.

In einer Ausführungsform besteht das Tensid aus einer Komposition der Formel [R(OCH₂CH₂)_nX]_aM_ba, wobei R eine Alkylgruppe mit zwischen acht und achtzehn Kohlenstoffatomen darstellt, n eine ganze Zahl zwischen 0 und 10 darstellt, X aus der Gruppe SO₃ ^2–, SO₄ ^2–, CO₃ ^2– und PO₄ ^3– gewählt ist, M ein Alkalimetall, ein alkalines Erdmetall, ein Ammonium- oder Aminderivat darstellt, a die Valenz von M und b die Valenz von [R(OCH₂CH2)_nX] darstellt; oder aus einer Komposition nach der Formel [R-CH=CH(CH₂)_m-X]_aM_b, wobei R eine Alkylgruppe mit acht bis achtzehn Kohlenstoffatomen darstellt, m eine ganze Zahl zwischen 0 und 3 darstellt, X aus der Gruppe SO₃ ^2–, SO₄ ^2–, CO₃ ^2– und PO₄ ^{3 –}gewählt ist, M ein Alkalimetall, ein alkalines Erdmetall, Ammonium- oder Aminderivat darstellt, a die Valenz von M und b die Valenz von [R-CH=CH(CH₂)_m-X] darstellt; oder aus einer Komposition derselben.

1 ist eine grafische Darstellung der Verschäumungseigenschaften in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration;

2 ist eine grafische Darstellung der Schaumstabilität ausgewählter Tenside und Tensidmischungen;

3 ist eine grafische Darstellung der Schaumstabilität in Abhängigkeit von den Laurylalkoholanteilen in der Lösung;

4 ist eine grafische Darstellung der Schaumexpansion in Abhängigkeit der Haftmittelanteile in der Lösung;

5 ist eine grafische Darstellung der Schaumstabilität in Abhängigkeit der Haftmittelanteile in der Lösung;

6 ist eine Darstellung der Konzentrationswerte von Methylsalicylat (Gelbkreuzsimulat) in den Versuchskammern nach zwei Referenzschüssen (ohne Umfassung) und drei Testvorrichtungsschüssen (Umfassung mit Schaum + Zelt über der Vorrichtung und anschließender DSF-Einspritzung). Mehr als 90 % des Kampfmittels wurden erfasst und eingedämmt;

7 ist eine Darstellung des im Laufe von 30 Minuten in der Versuchskammer gemessenen Konzentrationsanstiegs.

Zu beachten: Es handelt sich um dieselben Schüsse wie in 6, aber die Referenzschüsse sind des größeren Maßstabs wegen nicht dargestellt;

8 ist ein Vergleich zwischen unmitigierten Referenzschüssen und Testschüssen. Das Simulat bildete ein feines Aerosol, das sich wie ein biologisches Kampfmittel verhielt. Etwa 95 % des Simulats wurden erfasst;

9 zeigt die mit einem auf 1,5 m Abstand angebrachten Druckmessgeber gemessenen Überdruckwerte. Die Referenzschüsse waren zwischen 6 und 7 PSI [ca. 0,4–0,5 kPa]. Die Testschusswerte waren nahezu unbedeutend. Die Umfassung zerriss nicht, und der gesamte Inhalt blieb im Zelt;

10 zeigt die Konzentrationen eines Simulats in der Versuchskammer nach einem unmitigierten Referenzschuss und einem eingedämmten Schuss. Ebenfalls gezeigt wird die Letalstufe von Sarin nach einer Einwirkungszeit von 1 min. Ein hoher Anteil an Simulat wurde erfasst;

11 zeigt die Überdruckwerte bei angegebenen Abständen von der Vorrichtung für einen unmitigierten und einen eingedämmten Schuss. Die Ergebnisse zeigten ein Überdruck-Containment von ca. 90 %;

12 zeigt die mit DAAMS-Tuben-Probenehmern in einem nach 13 im Freien durchgeführten Test ermittelten Luftkonzentrationen des Simulats. Hiermit wurde eine außerhalb eines Gebäudes ausgelöste Vorrichtung simuliert. Die mit dem Testschusses ermittelten Daten weisen auf ein Containment von mehr als 95 % hin;

13 zeigt die Aufstellung der DAAMS-Tuben-Probenehmer auf dem Schießplatz;

14 zeigt die bei zwei Tests (einem unmitigierten und einem eingedämmten Test) ermittelten Überdruckwerte. Die mit dem eingedämmten Schuss ermittelten Werte waren kaum messbar (< 1 PSI = ca. 0,07 kPa);

15 zeigt einen unmitigierten Referenzschuss und drei eingedämmte Testschüsse mit verschiedenen Explosivstoffmengen (wie aufgeführt). Aufstellung der Probenehmer wie in 13. Das erzielte Containment war mehr als 95 %;

16 zeigt die im Abstand von 1,5 m von der Testvorrichtung gemessenen Überdruckwerte bei einem unmitigierten und drei eingedämmten Schüssen, jeweils mit verschiedenen Explosivstoffladungen (wie aufgeführt). Die Überdruckwerte wurden um mehr als 95 % verringert.

Die erfindungsgemäße Blastunterdrückungs-Komposition enthält:

• A. Schaumbildner/Tenside
• B. Schaumstabilisatoren
• C. Haftmittel/Lösemittel.

Zu den erforderlichen Eigenschaften gehören:

• 1) sie müssen qualitativ hochwertige Schäume in einem weiten pH-Bereich erzeugen;
• 2) sie müssen mit anderen Tensiden und Tensidmischungen kompatibel sein;
• 3) sie müssen mit hartem Süßwasser sowie mit Salzwasser verträglich sein;
• 4) sie müssen eine gute emulgierende Wirkung haben.

Beispiele:

• 1) Alkylsulfate;
• 2) Alkyläthersulfate;
• 3) Alkylpolyglykoside;
• 4) &agr;-Olefinsulfonate;
• 5) Alkylsulfosuccinate.

Es ist bekannt, dass langkettige Fettalkohole dem Schaum generell eine hohe Stabilität verleihen.

Haftmittel solubilisieren die Tenside, verbinden sie mit den Stabilisatoren und wirken schaumfördernd und stabilisierend. In bekannten Schäumen sind die Haftmittel Glykoläther. In der vorliegenden Erfindung werden sie wie nachstehend erläutert durch Verschnittmittel ersetzt.

Die für jedes Tensid prozentuale Lösungsmenge für die optimale Verschäumbarkeit wurde ermittelt, indem das erzeugte Schaumvolumen als Funktion der prozentualen Konzentration aufgetragen wurde. Die fünf vorstehend genannten Tensidarten wurden untersucht, und die Ergebnisse in 1 dargestellt.

Diese Ergebnisse führten zur Feststellung, dass die verschiedenen Tensidklassen bei einem sehr engen Konzentrationsbereich ein sehr ähnliches Verschäumbarkeitsverhalten zeigen.

Die Alkyläthersulfatgruppe, insbesondere die C12-C14-Alkyläthersulfate und die kürzerkettigen C8-C-10-Analoge bewährten sich gut in Süßwasser wie auch in Salzwasser.

Die bevorzugten Alkyläthersulfate gehören zu zwei Gruppen:

1.) R_nH_2n+1(OCH₂CH₂O_n)_mSO₄ –M+, wobei R = C₈–C₁₈, aber

hauptsächlich C₁₂ und C₁₄; n = 0–10; m = 2–3, aber im Durchschnitt 2,3; und M = Na⁺ oder NH₄ ⁺; und

2.) zur selben Gruppe wie 1.) gehörig, wobei aber R nur = C₈-C₁₀ ist.

Es war auch interessant, festzustellen, dass die 50/50-Mischung aus C8-C10-Alkyläthersulfaten und C12-C14-Alkyläthersulfaten in Salzwasser nicht an Verschäumbarkeit verlor. Es wäre denkbar, dass die Mizellen der kürzerkettigen Tenside die längerkettigen Analoge solubilisieren. Es wurde ferner festgestellt, dass sich bei Verwendung von zwei verschiedenen Bestandteilen die Salzwasserverträglichkeit verbesserte. Auch diese Erscheinung dürfte auf die Solubilität der gemischten Mizellen zurückführbar sein.

Es war interessant, festzustellen, dass das aus gemischten Tensiden bestehende System eine gute zeitliche Stabilität der verdünnten Lösung zeigt (2). Wie in 2 dargestellt wird, ist bekannt, dass die Verschäumbarkeit eines einzigen Tensidsystems typischerweise mit der Zeit nachlässt. Das liegt daran, dass sich mit der Zeit ein Äquilibrium einstellt. Es scheint, dass sich dieses Äquilibrium bei Verwendung von zwei Tensidsystemen beschleunigt einstellt.

Langkettige, oft wasserunlösliche polare Verbindungen mit geradkettigen Kohlenwasserstoffgruppen von etwa derselben Länge wie die hydrophobische Tensidgruppe, d.h. langkettige Fettalkohole.

Der allgemein als „Laurylalkohol" bekannte Fettalkohol (C12-C14-Linearalkohol 70:30) ergab den besten Stabilisator für die untersuchte Tensidgruppe. Es wurde festgestellt, dass die maximale Schaumstabilität mit einer ca.15±2 Tensidgewichts- % entsprechenden Laurylalkohol-Konzentration (auf aktiver Basis) erzielt werden konnte. Die Verwendung von höheren Laurylalkoholmengen hatte eine erhebliche Verringerung der Schaumexpansion zur Folge (3).

Allgemein läßt sich feststellen, dass bei jeder Tensidkonzentration mit der Haftmittelmenge nicht nur die Verschäumbarkeit steigt, sondern dass – wie in 4 und 5 gezeigt wird – auch die Schaumstabilität zunimmt.

Nach der vorläufigen Untersuchung wurde entschieden, die Ingredienzen weiter einzuengen und auf folgende spezifische Tenside zu beschränken:

• 1) Alkyläthersulfate C8-C10: Cedepal^®FA-406 und C12-C 14: Cedepal^®TD-407 von Stepan Co.
• 2) &agr;-Olefinsulfonate: Bio-Terge^® AS-90 und Stepantan^® AS-12, ebenfalls von Stepan Co.
• 3) Dialkylnatriumsulfosuccinat: Aerosol^®-OT.

• 1) Dodecanol: Lorol^® 70:30, eine Mischung aus C12-C14-Aliphatenalkoholen im Verhältnis von 70/30.

• 1) Glukoläther.

Um die Leistungsfähigkeit der Formulierung zu erhöhen, wurde entschieden, das Lösemittel in der Formulierung durch ein Verschnittmittel zu ersetzen. In diesem Sinne bedeutet der Begriff Verschnittmittel Chemikalien auf organischer Basis, die CB-Kampfmittel solubilisieren können, z.B. aus alkydbeschichteten (lackierten) Oberflächen.

Das Verschnittmittel wurde einigen Formulierungen beigefügt, und die so entstehenden Verschäumungseigenschaften wurden beurteilt. Allgemein läßt sich feststellen, dass das Verschnittmittel die Verschäumungseigenschaften (Schaumexpansion und Dränage) nicht erheblich unterdrückte. Es wurde daher entschieden, das Verschnittmittel als Lösemittel einzusetzen statt einen Ersatz für die Glykoläther zu suchen und den Prüfungsvorgang wiederholen zu müssen.

Wie in Tabelle 1 angegeben, wurden fünf Formulierungen angefertigt.

Diese zu prüfenden Formulierungen erfüllen alle oben genannten Anforderungen. Das Verschnittmittel ist ein Polyalkylenglykol wie z.B. Polypropylenglykol-Monomethyläther (PPG 425).

• 1) Sie alle zeigen gute Verschäumungseigenschaften in einem weiten pH-Bereich (von 6 bis 9) in Süßwasser und in Salzwasser. Zitronensäure wird dazu verwendet, den pH-Wert zu verändern.
• 2) Die verdünnte Lösung und das Konzentrat sind eine Zeit lang stabil.

Bio-Terge AS-90, ein Natriumsalz von C14-C16-&agr;-Olefinsulfonat, kann Stepantan AS-12 ersetzen, das ebenfalls ein C14-C-16-&agr;-Olefinsulfonat derselben Konzentration darstellt. Zweitens könnte FA-406, ein Ammoniumalkyl-(C8-C10)-Äthersulfat, bei einer etwas stärkeren Konzentration (z.B. 30,0 Vol.-%) TD-407 ersetzen, das ein Natriumalkyl(C12-C14)-Äthersulfat darstellt. Weiterhin könnte Steol CS-460, ein Natriumsalz eines linearen Fettalkoholäthersulfats, TD-407 ebenfalls bei 30 Gew.-% ersetzen.

Es wurden daher die drei in Tabelle 2 aufgeführten Formulierungen zur weiteren Untersuchung ausgewählt.

Man sollte erwarten, dass verwandte PPGs mit etwas anderen Molekulargewichten ebenso wirksam wären.

Die bevorzugte Formulierung (GCE-3) wird in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3 INGREDIENZEN Vol.-% Alkyläthersulfat (Steol CS-460) 30,0 &agr;-Olefinsulfonat (Bio-Terge AS-90) 15,5 Laurylalkohol (Mischung von C 12-C 14, 70/30) 5,0 Polypropylenglykol-Monomethyläther (PPG 425) 20,0 Zitronensäure bis zu pH 7,5 Wasser q.s. bis zu 100%

Das optimierte Konzentrat mit GCE-3 wurde in einem Ofen bei 65° C 30 Tage lang gealtert und danach untersucht. Es bestanden keine Anzeichen von Schichtung oder Phasentrennung. Das Material wurde auf 1 % verdünnt, und die Verschäumungseigenschaften blieben unverändert.

Eine 1-%ige Lösung des optimierten Konzentrats mit GCE-3 wurde 24 Stunden lang gealtert, und die Verschäumungsmerkmale wurden untersucht. Die Verschäumungseigenschaften verringerten sich ca. vier Stunden lang gar nicht; danach ließen sie etwas ab (um weniger als 5 %), und über Nacht stabilisierten sie sich.

Zur Kennzeichnung der Schaummerkmale (Expansions- und Dränagewerte) wurde eine modifizierte Formulierung benutzt: GCE-2 auf 1 % in Leitungswasser verdünnt.

Es ist bekannt, dass sich Tensidmischungen, insbesondere in verdünnter Form, auf gewisse Metalle und Legierungen korrodierend auswirken.

Eine detaillierte Korrosionsuntersuchung kann sehr zeitraubend sein. Aus diesem Grund wurde das vom USDA Forest Service herausgegebene Protokoll als Richtlinie benutzt. Es wird hier auf das im USDA-Protokoll beschriebene Verfahren zur Beurteilung der Korrosion Bezug genommen. Es werden Metall- bzw. Legierungsprobestreifen in ein Schaumkonzentrat oder seine verdünnte Lösung getaucht und darin bei 65° C mindestens 30 Tage lang gehalten. Danach wird die Flüssigkeit auf Verfärbung und/oder Gelbildung untersucht. Die Streifen werden gewaschen und gereinigt und auf Lochfraß und/oder Oberflächenschaden und/oder Gewichtsverlust untersucht.

Folgende Metalle bzw. Legierungen wurden untersucht:

• 1. Weichstahl AISI 4130;
• 2. Gelbguss;
• 3. Aluminium 2024-T3;
• 4. Magnesium AZ-31-B.

Beide Konzentrate und die verdünnten Lösungen führten zu leichter bis übermäßiger Korrosion in allen Metallstreifen.

Durch Beigabe folgender Ingredienzen zu dem GCE-3-Konzentrat wurde die Korrosivität der beiden Konzentrate und der verdünnten Lösungen in Weichstahl, Gelbguss und Aluminium völlig eliminiert, während Magnesium weiterhin angegriffen wurde.

• 1) Zum Schutz von Kupfer, Messing, Bronze und in geringerem Maße von Stahl, Gusseisen, Cadmium und Zink wurde Natriumtolyltriazol in einer Konzentration von 0,05 Gew.-% beigefügt.
• 2) Zum Schutz von Weichstahl und Gusseisen wurde Dimolybdat in einer Konzentration von 0,2 Gew.-% zusammen mit Natriumpentahydratsilikat in einer Konzentration von 0,05 Gew.-% beigefügt.

Es wird daher empfohlen, diese drei Ingredienzen der endgültigen Konzentration beizufügen.

Die empfohlene Formulierung besteht aus den in Tabelle 4 aufgeführten Ingredienzen. Tabelle 4 INGREDIENZEN Gew.-% Alkyäthersulfat Na₄ ⁺– (z.B. Steol CS-460) 30,0 &agr;-Olefinsulfonat Na-Salz (z.B. Bio-Terge AS-90) 15,5 Docecanol, (Laurylalkohol) (z.B. Lorol C70/30 %) 15,5 Polypropylenglylcol-Monomethyläther (PPG 425) 20,0 Natriumtolyltriazol 0,05 Ammoniumdimolybdat 0,20 Natriumpentahydratsilikat 0,05 Zitronensäure bis zu pH 7,5 Wasser q.s. bis zu 100%

In den Jahren 1994-96 wurden zwei Testserien (1 und 2) durchgeführt, um die Mitigationsfähigkeit dieses Schaumsystems zum Containment von CB-Kampfmitteln zu ermitteln. Die erste Testserie (Serie 1, unten) im Jahre 1994 wurde mit nichtsplitterbildenden Explosionsstoff dispergierenden Modellen durchgeführt, die entworfen wurden, um CB-Simulate zu projizieren. Bei der zweiten Serie (Serie 2, unten) im Jahre 1996 wurde die Leistungsfähigkeit des Systems untersucht, wenn es von nichtexplosiven Dispersionsmodellen sowie Hochenergievorrichtungen herausgefordert wurde. Die Dispersionsmodelle für explosive Hochenergievorrichtungen lieferten Hinweise für die obere Grenze für Vorrichtungen, die sich eindämmen ließen.

Im Laufe des Entwicklungsstadiums begannen wir, das in Testserie 1 (unten) verwendete Nylon zu verstärken, indem wir über der verschäumten Umfassung eine Lage von ballistischem Material anbrachten. Es wurden zwei ballistische Stoffe getestet: DYNEEMA und KEVLAR. Jedes Gewebe wurde allein sowie in Kombination miteinander getestet. Wir wählten Dyneema als das in unserer Containmentstruktur zu verwendende Gewebe, da es überragende Eigenschaften dazu aufwies, Bombensplitter von hoher Geschwindigkeit aufzufangen. Diese Kuppelzeltausführung hat sich zu einer Basiseinheit entwickelt, die aus 3 Lagen DYNEEMA sowie einer äußeren und einer inneren Lage von reißfestem Nylon hergestellt ist. Es gibt zwei Größen von Containmentstrukturen, eine von ca. 2,75 m Durchmesser, die andere von ca. 2 m Durchmesser, die in Testserie 2, unten, verwendet wurde. Dieses Dekontaminationssystem ist Gegenstand des ebenfalls von uns angemeldeten US-Patents mit Seriennummer 60/069,533 (Anmeldedatum: 12. Dezember 1997).

Diese Testserie wurde im Herbst 1994 im F&E-Institut Edgewood Research, Development and Engineering Center auf dem US-Militärstandort „Aberdeen Proving Grounds" in Edgewood (Maryland) durchgeführt.

Hierbei handelte es sich um eine einfache Vorrichtung bestehend aus einer Einliter-Laborflasche aus Polyäthylen hoher Dichte und einem zentralen Zerleger mit ca. 125 g C-4-Explosivstoff, der durch eine elektrische Sprengkapsel ausgelöst wird. Die Flasche war mit ca. 950 ml Methylsalicylat, einem Simulat für den C-Kampfstoff Gelbkreuzgas, gefüllt.

Für dieses Modell wurde dieselbe Ausführung verwendet, aber das Methylsalicylat wurde durch Calciumhydroxid, ein B-Kampfstoffsimulat, ersetzt.

Diese Testserie wurde in einer zylindrischen ca. 6 m hohen Blasttestkammer von ca. 9,75 m Durchmesser durchgeführt.

Es handelt sich um ein kuppelförmiges Zweimann-Nylonzelt von 2 m Durchmesser, das mit einem die Dispersion unterdrückenden Schaum DSF (Dispersal Suppressant Foam) gefüllt ist. DSF ist ein SILVEX-Schaumkonzentrat, das auf 1,7 Gew.-% in Wasser verdünnt wird. Es versteht sich für den Durchschnittsfachmann, dass diese Ergebnisse erfindungsgemäß auf andere Schaumformulierungen übertragbar sind, d.h. auf die oben beschriebenen Formulierungen, auf Grundlage der Beurteilung verschiedener physikalischer Merkmale des mit diesen Formulierungen erzeugten Schaums im Vergleich mit SILVEX-Schäumen und eines Blasttests mit einer dieser Formulierungen (GCE-3) gegen eine tatsächliche, waffenfähiges Material enthaltende behelfsmäßige Sprengvorrichtung, wobei wir ähnliche Blastmitigationseigenschaften beobachteten. Tests zur Bestätigung der Ergebnisse sind im Gange. Diagnostische Instrumente / Verfahren Chemische Konzentration Miniatur-Infrarot-Gasanalysator (MIRAN)^TM Biologische Konzentration Erfassung der Massenkonzentration atmosphärischer Aerosole1 Blast-Überdrücke ENDEVCO^TM – Piezoresistiver Druckmessgeber und AndersonBlastmesser Dieser Wert wird ermittelt, indem das Simulat auf einer Filterauflage in einer Gillian-Personalprobenehmer-Pumpe gesammelt wird. Dann wird aus den bekannten Fließraten und Kammervolumen die Massenkonzentration der atmosphärischen Aerosole extrapoliert.

Diese Testserie wurde im Herbst 1996 im F&E-Institut Edgewood Research, Development and Engineering Center auf dem US-Stützpunkt „Aberdeen Proving Grounds" in Edgewood (Maryland) durchgeführt.

In Serie I beruhte das Modell auf einem Verfahren mit einer einfachen nichtsplitterbildenden Explosionsstoff dispergierenden Vorrichtung. In dieser Testserie haben wir die Auswirkungen von splitterbildenden Hochenergie-Vorrichtungen zur Dispersion von Kampfstoffen untersucht, aber auch Dispersionssysteme von niedrigerer Energie, d.h. zur Bildung von Hochdruckaerosolen, gewählt.

Das gewählte Kampfstoffsimulat war Methylsalicylat (MS). Wir haben keine Tests mit Bio-Simulaten durchgeführt, da wir der Meinung waren, der C-Kampfstoff stelle als Herausforderung für unsere Mitigationssysteme den schlimmsten Fall dar und ein Bio-Schuss sei lediglich eine unnötige Duplikation.

Wir benutzten die folgenden Vorrichtungen: Vorrichtung 1 100 g C-4 zentraler Zerleger in Einliter-Plastiklaborflasche mit ca. 950 ml MS Vorrichtung 2 120 g Dispersionsladung am Boden einer Einliter-Laborflasche mit 1 Liter MS Vorrichtung 3 MX – Stahlwerkzeugkasten mit Batterien, Timer, Schaltvorrichtung, 500 ml MS-Simulat; X bedeutet Gramm C-4, d.h. 115, 230, 345 g Vorrichtung 4 Handelsüblicher Gartensprüher mit 1 Liter MS

Diese Testserie wurde in einer Testkammer von 169 m³ (ca. 6 × 9,2 × 3 m) auf einem Schießstand des US-Militärstandorts Aberdeen Proving Grounds durchgeführt.

Es handelt sich um eine mit ca. 570 Kubikfuß [ca. 16,1 m³) DSF-Schaum gefüllte kuppelförmige Umfassung aus fünf Lagen Textilverbundstoff Die Außen- und Innenlage besteht jeweils aus reißfestem Nylon und die drei inneren Lagen bestehen aus DYNEEMA, einem ballistischen Gewebe. Der DSF-Gehalt ist derselbe wie in Testserie 1. Diagnostische Instrumente/Verfahren Chemische Konzentration – Miniatur-Infrarot-Gasanalysator Kammer (MIRAN)^TM Chemische Konzentration – Aerosolsimulate an der Luft des Bereich (drei Proben pro Schuss Standorts gesammelt; wie unten angegeben) Überwachungssystem (DAAMS) Tuben thermisch desorbiert in HP 5890 GC/FID Blast-Überdrücke ENDEVCO – Piezoresistiver Druckmessgeber und Anderson-Blastmesser

Vom 25. bis 27. Mai 1999 wurde bei DRES eine Versuchsreihe durchgeführt, um die Bereitschaft und Leistungsfähigkeit der in Tabelle 4 beschriebenen „endgültigen" Fassung der DSF-Formulierung, einschließlich einem CB-Dekontaminationsmittel, zu verifizieren.

Eine mit DEM (Diäthylmalonat) gefüllte 250-ml-Nalgeneflasche wurde auf den Boden eines Stahl-Containmentblechs gesetzt, das sich in einer mit Polyäthylen-Dampfsperrmaterial abgedichteten Holzrahmenumfassung befand. Die Flasche war mit einer 18 cm langen Sprengschnur (150 Korn) und einem elektronischen Detonator (Nr. 12) versehen. Die Maße der Umfassung waren ca. 4 × 4 × 3 m. Auf einer Bank innerhalb der Umfassung waren ein MIRAN-Analysator und zwei C-Kampfstoffmonitoren (CAMs = Chemical Agent Monitors) sowie andere Bauelemente des C-Kampfstoffdetektionssystems CADS (Chemical Agent Detection System). Rings um die Umfassung und außerhalb derselben waren im Abstand von ca. 5 m vier CADS-Stationen und vier MIRAN-Analysatoren angebracht. Die MIRANs waren wie folgt eingestellt: Wellenlänge 8,65 Mikrometer (DEM) Weglänge 20,25 m Schlitzbreite 1 mm Bereich der Absorptionsskala 0,1 A

Die CAMs der CADS-Station waren auf G-Modus eingestellt, da DEM in diesem Modus reagiert.

Zwei Beamte der Kanadischen Bundespolizei [RCMP] stellten das kleinere der beiden verfügbaren „Blast Guard"-Ballistikzelte, die in dem ebenfalls von uns angemeldeten US-Patents mit Seriennummer 09/308,836 beschrieben werden, über der Flasche auf und füllten das Zelt mit fertiggemischtem, CB-Kampfmittel dekontaminierendem, blastunterdrückendem Schaum, der mit dem Irvin Aerospace-Pumpsystem geliefert wurde. Die Betriebsparameter des Schaumeintrags sind ein Expansionsverhältnis von 20-25 und eine Durchflussrate von ca. 227 Liter [60 US-Gallonen] in der Minute an der luftaspirierten Düse. Die Düse ist Gegenstand unseres ebenfalls beantragten US-Patents mit Seriennummer 60/069,533. Nachdem das Zelt gefüllt war und das Personal die Anlage verlassen hatte, wurde die Flasche mit einem ZEB-Zünder durch Fernbedienung detoniert. Das Zelt dämmte alles Material ein und erlitt keinen Blastschaden. Diese im Zelt stattfindende Detonation erzeugte sehr wenig Geräusch.

Nach Kontrolle der Anlage und des Zeltes zur Vergewisserung, dass das Explosivmittel richtig funktioniert hatte, wurde die Luft unter der Zeltkuppel und im Containmentraum mit tragbaren CAMs und mit dem Hapsit-GC/MS-Analysator untersucht. Diese Luftproben wurden 10 Minuten nach der Detonation der mit DEM gefüllten Flasche entnommen. Die Temperatur unter der Zeltkuppel wurde mit einer tragbaren Infrarot„Temperaturpistole" gemessen. Weitere Messungen mit CAMs wurden 30 Minuten nach der Detonation durchgeführt.

Das Zelt wurde geöffnet; und der Inhalt konnte auf das Containmentblech auslaufen. Weitere CAM-Luftmessungen wurden nahe an der Flüssigkeit durchgeführt, um festzustellen, ob Reste von DEM vorhanden waren.

Dieselbe Versuchsanlage, die für den DEM-Simulattest benutzt wurde (siehe oben), kam auch für den Test auf Gelbkreuzgas zum Einsatz, jedoch mit folgenden Änderungen:

• - die mit Gelbkreuzgas gefüllte 250-mg-Nalgeneflasche wurde an einem Ringstand befestigt, der ca. 30 cm über dem Boden des Containmentbleches statt auf dessen Boden angebracht war;
• - das größere der beiden „Blast Guard"-Ballistikzelte wurde über der Flasche aufgestellt;
• - die CAMs wurden auf H-Modus eingestellt;
• - die analytische Wellenlänge jedes MIRAN-Analysators wurde auf 13,25 Mikrometer eingestellt. Dies stellte sich nachträglich als untauglich für die Überwachung von Gelbkreuzdämpfen heraus (siehe Ergebnisse und Diskussion);
• - alle an dieser Erprobung Beteiligten trugen die persönliche Schutzausrüstung (IPE = Individual Protective Equipment) der kanadischen Streitkräfte (NBC Protective Ensemble) mit C4-Respirator und ABC-Handschuhen und -Überschuhen.

Zwei RCMP-Beamte füllten das Zelt mit fertiggemischtem CBdekontaminierendem, blastunterdrückendem Schaum, der aus dem Pumpensystem von Irvin Aerospace geliefert wurde. Nachdem das Personal die Anlage verlassen hatte, wurde die Flasche mit einem ZEB-Zünder durch Fernbedienung detoniert. Das Zelt dämmte alles Material ein und erlitt keinen Blastschaden. Diese im Zelt stattfindende Detonation erzeugte sehr wenig Geräusch.

Nach Kontrolle der Anlage und des Zeltes zur Vergewisserung, dass das Explosivmittel richtig funktioniert hatte, wurde die Luft unter der Zeltkuppel und im Containmentraum mit tragbaren CAMs und mit dem Hapsit-GC/MS-Analysator 10 Minuten nach dem Funktionieren der Dispersionsvorrichtung untersucht. Die Temperatur unter der Zeltkuppel wurde mit der tragbaren Infrarot-„Temperaturpistole" gemessen. Eine zweite Messung mit CAMs wurde 30 Minuten nach der Detonation durchgeführt. Der Zeltinhalt wurde eine Stunde lang stehen gelassen, bevor das Zelt geöffnet wurde und der Inhalt auf das Containmentblech auslaufen konnte. Die Luft über der Restflüssigkeit wurde erneut mit CAMS gemessen.

Es waren weniger als 5 Minuten erforderlich, um das für diesen Test benutzte kleinere Zelt mit dem Pumpsystem von Irvin Aerospace vollständig zu füllen. Das schaumgefüllte Zelt konnte die Flaschenfragmente und das dispergierte DEM völlig eindämmen, wobei es zu keinen sichtbare Anzeichen von Schaden oder Lecks kam. Die Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen zeigten, dass sich das Zelt zum Zeitpunkt der Auslösung der Dispersionsvorrichtung sehr wenig bewegte.

Es waren ca. 5 Minuten erforderlich, um das für diesen Test benutzte größere Zelt mit dem Pumpsystem von Irvin Aerospace vollständig zu füllen. Das Personal hatte keine Schwierigkeiten, das Zelt über der auf dem Ringstand befestigten Dispersionsvorrichtung aufzustellen. Das schaumgefüllte Zelt konnte die Flaschenfragmente und das dispergierte Gelbkreuzgas völlig eindämmen, wobei es keine sichtbaren Anzeichen von Schaden oder Lecks gab. Die Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen zeigten, dass sich das Zelt zum Zeitpunkt der Auslösung der Dispersionsvorrichtung sehr wenig bewegte.

Es versteht sich, dass die Gegenwart des CB-Kampfmittel unterdrückenden Dekontaminationsmittels in der Formulierung die Blastunterdrückungsleistung nicht beeinträchtigt.

Wir haben nun festgestellt, dass die Formulierung ein weiches Gel bildet, das sich beim Rühren oder Pumpen bei ca. 0° C verflüssigt. Keine Ingredienz ist allein dafür verantwortlich. Wir haben die Formulierung entsprechend modifiziert. Zunächst modifizierten wir die Formulierung, indem wir die Tensidmengen halbierten und die Verschnittmittelmenge erhöhten. Obwohl bei Verwendung von PPG-Mengen zwischen 20 und 40 Gew.-% kein wesentlicher Unterschied festgestellt werden konnte, fixierten wir sie bei 25,0 Gew.-%.

Dann verglichen wir die Verwendung von aliphatischem Alkohol C12 als Stabilisator mit dem gegenwärtig verwendeten aliphatischen Alkohol C12-C14, wobei wir bei verschiedenen Alkoholkonzentrationen die Verschnittmittelmenge auf 25,0 Gew.-% erhöhten. Wir kamen zu dem Schluss, dass die Gelbildung auf den aliphatischen Alkohol zurückzuführen ist und eine Funktion seiner Konzentration darstellt. Sowohl der ursprüngliche C12-C 14-Alkohol als auch der C 12-Alkohol ergab gute Leistungen bei einer Konzentration von 0–1 Gew.-%. Diese geringfügige Änderung der Formulierung führte zu einem wesentlichen Abstieg der Gelatinierungstemperatur und zur Veränderung der Gelbeschaffenheit, bei der das Produkt bei Temperaturen um 0° C verwendet werden kann.

Die auf denselben Betriebsparametern des Schaumeintrags (d.h. einem Expansionsverhältnis von 20-25 und einer Durchflussrate von ca. 227 Liter [60 US-Gallonen] in der Minute an der Düse) beruhenden Verschäumungseigenschaften werden von dieser Modifikation nicht geändert. Die gealterte verdünnte Lösung zeigt keine Veränderung der Schaumeigenschaften. Das Konzentrat bewährt sich gut in Süßwasser wie auch in Salzwasser.

Es steht zu erwarten, dass sich der aliphatische Alkohol C 10 ebenfalls gut bewähren wird.

Die in Tabelle 5 gezeigte Komposition hat einen geringen Vorteil gegenüber derselben Formulierung mit 0 Gew.-% Alkohol, was die Gelbildung anbelangt. Tabelle 5 INGREDIENZEN GEW.-% Bioterge AS 90 7,75 % Steol SC 460 15,00 % PPG 425 25,00 % Aliphatischer Alkohol C12 : 97 % 1,0 % (+ Korrosionshemmende Mittel, wie oben beschrieben) 0,3 % Wasser in genügender Menge bis zu 100 %