ES2271595T3 - Solucion de tratamiento antiincendios y material retardante del fuego realizado a base de la misma. - Google Patents

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Abstract

Solución para tratamiento antiincendios, obtenida por adición de un ácido fosfórico y un agente de acoplamiento de silano a una solución acuosa de una sal metálica débilmente ácida o débilmente alcalina, conteniendo un compuesto de boro para formar una solución acuosa mixta y añadiendo a dicha solución acuosa mixta un extracto de plantas cuyo componente principal es un compuesto polifenólico; en la que el compuesto de boro está contenido en una cantidad de 50 a 95% en peso basado en el peso total de todos los componentes; la sal metálica débilmente ácida o débilmente alcalina está contenida en una cantidad de 1 a 10% en peso basada en el peso total de todos los componentes; el agente de acoplamiento de silano está contenido en una cantidad de 0, 1% a 5% en peso basado en el peso total de todos los componentes; y el extracto de plantas cuyo componente principal es un compuesto polifenólico está contenido en una cantidad de 0, 5 a 40% en peso basado en el peso total de todos los componentes.

Description

Solución de tratamiento antiincendios y material retardante del fuego realizado a base de la misma.
Sector técnico Campo al que pertenece la invención
La presente invención se refiere a una solución de tratamiento antiincendios, más particularmente una solución de tratamiento antiincendios cuyo componente principal es un compuesto de boro, con el objeto de utilización principalmente en artículos fácilmente inflamables, es decir, artículos cuyo componente principal es una celulosa, tal como madera, papel, fibras naturales y similares.
Antecedentes técnicos Tecnología convencional
Se ha aceptado de manera convencional que las maderas, papeles y fibras naturales, que son materiales orgánicos de tipo natural, son fácilmente inflamables.
Especialmente desde el punto de vista de la arquitectura, una naturaleza fácilmente inflamable está sometida a restricciones legales que limitan extremadamente su utilización y, por lo tanto, su uso se ha promocionado poco, a pesar de las características favorables y exclusivas asociadas con un material orgánico natural.
Por otra parte, los inconvenientes mencionados anteriormente son beneficiosos desde el punto de vista de reciclado, lo que es atribuible a la capacidad de eliminación por combustión sin producir contaminación pública.
De acuerdo con ello, se han desarrollado diferentes tecnologías para conseguir una estrategia de retardo frente al fuego para materiales orgánicos naturales, es decir, tecnologías de tratamiento de retardo de la llama.
Actualmente, los efectos inhibidores de la combustión de un tratamiento retardante de la llama se pueden clasificar en dos tipos, a saber, un efecto físico y un efecto químico, siendo éste último el que se puede esperar conseguir mediante una solución de tratamiento retardante de la llama.
Esta solución de tratamiento retardante de la llama se presenta en diferentes formas, tal como un compuesto de fósforo, compuesto de nitrógeno, compuesto de boro, compuesto de halógeno y similares.
No obstante, un compuesto de fósforo, nitrógeno o halógeno de este tipo produce en su combustión una gran cantidad de humos que contienen gases tóxicos, mientras que un ácido fosfórico puede provocar problemas de deterioro o decoloración del material.
Por otra parte, un compuesto de boro no produce ningún gas tóxico atribuible a un producto de pirólisis en la combustión y provoca un deterioro o decoloración del material relativamente ligero.
Además, tiene un efecto preservante y repelente de las termitas y permite que su material objetivo sea un material de alto valor añadido.
Un agente cuyo componente principal es un compuesto de boro, muestra un elevado rendimiento en la supresión de la formación de calor debido a su efecto de calcinación deshidratante.
El término calcinación deshidratante significa la capacidad en formar un ácido o base en su calentamiento, deshidratando por lo tanto la celulosa a baja temperatura dentro de un corto período de tiempo, dando lugar a agua y carbón.
Por lo tanto, este efecto inhibidor de la combustión consiste en dos efectos, a saber, un efecto endotérmico inducido por la evaporación del agua y una reducción de la tasa exotérmica debido a la formación de un residuo de carbón, cuya velocidad de combustión es baja.
El documento EP-A-0953634 da a conocer una solución de tratamiento antiincendios obtenida por mezcla de una solución acuosa de una sal de un metal débilmente ácida o débilmente alcalina que contiene un compuesto de boro con un extracto de plantas cuyo componente principal es un compuesto polifenólico.
Problemas a solucionar por la invención
No obstante, la utilización de un compuesto de boro como solución de tratamiento retardante de la llama presenta los dos problemas siguientes que se deben solucionar:
1) la solubilidad es baja y el efecto inhibidor de la combustión se reduce para una concentración baja; y
2) se produce eluviación debido a la solubilidad en agua.
La presente invención está destinada a solucionar estos problemas al dar a conocer una solución de tratamiento retardante de la llama que tiene un elevado efecto inhibidor de la combustión evitando simultáneamente la eluviación en el mayor grado posible.
Características de la invención Medios para solucionar el problema
Los inventores han realizado esfuerzos teniendo en cuenta los antecedentes indicados y finalmente han descubierto que la solubilidad se mejora en presencia de una sal metálica, que un agente de acoplamiento de silano permite un comportamiento de formación de lámina o película y que la eluviación puede ser suprimida por una sustancia polifenólica, con lo que han conseguido la invención.
Por lo tanto, la presente invención está relacionada con una solución de tratamiento antiincendios con las características de la reivindicación 1. Una realización preferente se podrá apreciar de la reivindicación 2. Además, la invención se refiere a un material retardante de la llama de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 6.
Efecto ventajoso de la invención
De acuerdo con una solución para el tratamiento retardante de la llama según la presente invención, la fijación de un agente se mejora para aumentar el efecto inhibidor de la combustión suprimiendo al mismo tiempo el efecto de eluviación al máximo posible.
Como resultado, se puede conseguir un retardante de la llama para la madera.
Además, esta solución de tratamiento retardante de la llama puede ser aplicada de manera amplia a un artículo cuyo componente principal sea celulosa, tal como madera, papel, fibras naturales y similares.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de combustión de un artículo de pruebas (K).
La figura 2 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de combustión de un artículo de pruebas (L).
La figura 3 muestra los resultados de una espectroscopia ^{13}C-NMR.
Mejor forma de llevar a cabo la invención
Se obtiene una solución para el tratamiento retardante de la llama según la presente invención al añadir un ácido fosfórico y un agente de acoplamiento de silano a una solución acuosa de una sal metálica débilmente ácida o débilmente alcalina que contiene el compuesto de boro para formar una solución acuosa mixta y añadiendo a dicha colusión acuosa mixta un extracto de plantas cuyo componente principal es un compuesto polifenólico.
Como resultado, la impregnación del material conduce a una mejora extrema en términos de efecto inhibidor de la combustión y de efecto inhibidor de la eluviación.
El material de aplicación o que se debe impregnar es principalmente un artículo cuyo componente principal es celulosa, tal como madera, papel, fibras naturales y similares.
Efecto inhibidor de la combustión
Dado que un compuesto de boro muestra una baja solubilidad tal como es bien conocido, una solución de un compuesto de boro con una concentración elevada es necesaria para una penetración eficaz dentro del material.
De acuerdo con ello, en la presente invención la solubilidad se mejora por un efecto catalítico de una sal de un metal con características débilmente ácidas o débilmente alcalinas.
Esta sal de un metal con características débilmente ácidas o débilmente alcalinas que se utiliza en la invención es fluoruro sódico, fosfito sódico, sulfito sódico, borofluoruro sódico y similares.
El contenido en sal metálica débilmente ácido o débilmente alcalina es de 1 a 10% en peso basado en el peso total de todos los componentes.
Un contenido menor de 1% conduce a dificultades en la distribución del compuesto de boro, mientras que si supera 10% no es eficaz en términos de capacidad de fabricación.
El peso total de todos los componentes utilizados en esta invención significa peso total de cada componente que forma parte de la solución de tratamiento retardante a la llama excepto el agua.
Dado que dicho compuesto de boro, cuando se utiliza solo, sufre una conversión a material pulverulento después del secado, su cristalinidad se debe cambiar utilizando un ácido fosfórico y un agente de acoplamiento de silano, que sirve para impartir al material seco capacidad de formación de película.
Como resultado de ello, la cantidad de agente fijado en el material se incrementa y se consigue una mejor fijación, obteniendo por lo tanto una mejora en el efecto inhibidor de la combustión.
Como agente de acoplamiento de silano, a título representativo se incluye etoxisilano, metoxisilano y similares, y la experimentación utiliza los suministrador por Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., tales como los productos a título de ejemplo con las denominaciones KBM-602, KBM-603, KBE-603, KBM-903, KBE-903, KBE-04, KBM-13, KBM-22, KBE-22, LBE-103, KPN-3504, KBM-3063, KBM-3103C y similares.
El contenido de agente de acoplamiento de silano es de 0,1 a 5% en peso basado en el peso total de todos los componentes.
Contenidos menores de 0,1% conducen a dificultades en impartir capacidad de formación de película, mientras que si se supera 5% se tiene una viscosidad incrementada de la solución, lo que resulta en dificultades de tratamiento del material.
Efecto inhibidor de eluviación
Se requiere para inhibir la eluviación de un agente (solución de tratamiento de retardo de la llama) en situación de humedad.
En la presente invención el nivel de eluviación de un agente se reduce utilizando una sustancia polifenólica que es un componente de un extracto de corteza.
Las razones por las que se utiliza un compuesto polifenólico son el objetivo de conseguir una reacción química que hace que el compuesto de boro sea difícilmente soluble en agua después del secado del material como resultado de la adsorción del compuesto de boro por el compuesto polifenólico.
Esta reacción química queda soportada por el ejemplo 3 que se describe más adelante.
Un compuesto polifenólico utilizado puede ser tanino purificado o tanino que es un componente de un extracto de corteza obtenido, por ejemplo, por extracto de una corteza de cedro con agua durante 24 horas.
El contenido de compuesto polifenólico es de 0,5 a 40% basado en el peso total de todos los componentes.
Un contenido menor de 0,5% lleva a un efecto insatisfactorio, mientras que superar el 40% lleva a la posibilidad de reducción de la cantidad de compuesto de boro fijado.
La incorporación de un compuesto polifenólico tiende a aumentar la temperatura a la que precipitan los componentes sólidos del agente.
Cuando se aplica dicho agente a un material, se pueden utilizar dos métodos.
En el primer método, después de la impregnación con un compuesto polifenólico seguido de secado, el material es impregnado con un compuesto de boro.
En el segundo método, un compuesto de boro y un compuesto polifenólico son mezclados en una solución cuya temperatura es aumentada y mantenida dentro de una gama que no provoca precipitación, provocando de esta manera la fijación dentro del material.
En la presente invención, se utiliza el segundo método teniendo en cuenta el rendimiento de la fijación.
La presente invención se describe además en los siguientes ejemplos que no están destinados a limitar la invención y en los que se pueden introducir diferentes modificaciones.
Ejemplo 1 (I) Validación de la velocidad de fijación de un medicamento después del secado del artículo
En primer lugar, una solución acuosa de una sal metálica conteniendo un compuesto de boro se combinó con ácido fosfórico y un agente de acoplamiento de silano [metoxisilano (KBM-22)] para formar una mezcla en solución acuosa.
A esta mezcla en solución acuosa se añadió un tanino como extracto de plantas, cuyo componente principal es un compuesto polifenólico, para conseguir una solución de tratamiento 1 (correspondiente a una solución de tratamiento retardante del fuego).
Por otra parte, se preparó una solución de tratamiento 2 de manera similar a la solución de tratamiento 1, excepto que no se añadió tanino.
La cantidad (% en peso) de cada uno de los componentes de la solución de tratamiento 1 y de la solución de tratamiento 2 se indica en la Tabla 1 que se adjunta más adelante.
En la solución de tratamiento 1 que se ha mostrado en la Tabla 1 se sumergió un artículo de prueba fabricado mediante una madera (A, B, C, D, E) durante tres horas con calentamiento y manteniendo una temperatura elevada, con lo que se efectuó una impregnación.
Después de que la impregnación fue seguida de secado, se midió el peso (peso antes de la eluviación) y el contenido de agua.
El artículo de pruebas utilizado en este caso era una pieza de madera con dimensiones de 20 cm x 12 cm x 5 cm.
A continuación cada uno de los artículos de pruebas (A, B, C, D, E) se dejó reposar durante tres días en condiciones de elevada humedad, con temperatura de bulbo seco de 65ºC y humedad relativa de 90%.
Esta situación utilizó los ajustes que permiten la eluviación de manera fácil.
Se consiguió un secado completo a una temperatura constante de 105ºC y se midió el peso (peso post-eluviación y post-secado).
Los niveles de eluviación de cinco artículos de pruebas (A, B, C, D, E) se muestran en la Tabla 2 que se adjunta más adelante.
A continuación un artículo de pruebas constituido por una pieza de madera de 20 cm x 12 cm x 5 cm (F, G, H, I J) se trató con la solución de tratamiento 2 de manera similar a los artículos de pruebas descritos anteriormente (A, B, C, D, E), se pesó y se examinó en cuanto a contenido de agua.
Los niveles de eluviación de 5 artículos de pruebas (F, G, H, I J) se indican en la Tabla 3 que se adjunta más adelante.
Tal como es evidente de las Tablas 2 y 3, el nivel de eluviación se redujo notablemente con la utilización de la solución de tratamiento 1 en comparación con la solución de tratamiento 2.
De acuerdo con ello, la utilización de un compuesto polifenólico permite conseguir un efecto inhibidor de la eluviación en grado suficiente.
Si bien la cantidad de compuesto polifenólico en la solución de tratamiento 1 fue de aproximadamente 1% basándose en la solución de tratamiento completa, se puede incrementar con el objetivo de mejorar adicionalmente el efecto inhibidor de eluviación del agente.
Ejemplo 2 (II) Validación del efecto de inhibición de la combustión
En primer lugar, una solución acuosa de una sal metálica conteniendo un compuesto de boro se combinó con un ácido fosfórico y un agente de acoplamiento de silano [metoxilano (KBM-22)] para formar una mezcla en solución acuosa.
A esta mezcla en solución acuosa se añadió tanino, en forma de un extracto de plantas cuyo componente principal es un compuesto polifenólico, para conseguir la solución de tratamiento 3.
Por otra parte, se preparó una solución de tratamiento 4 de manera similar a la solución de tratamiento 3, excepto que no se realizó adición de agente de acoplamiento de silano (KBM-22).
La proporción de mezcla (% en peso) de cada componente en la solución de tratamiento 3 y la solución de tratamiento 4 se indican en la Tabla 4 que se adjunta más adelante.
En este Ejemplo, un artículo de pruebas realizado a base de madera fue impregnado con la solución de tratamiento 3 que se ha mostrado en la Tabla 4 y se examinó el artículo de pruebas (K) utilizando un calorímetro de cono ISO.
\newpage
Después de una impregnación similar con la solución de tratamiento 4, se examinó de manera similar el artículo de pruebas (L).
La figura 1 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de combustión del artículo de pruebas (K).
Estos resultados indican que son superiores al rendimiento estándar de un material retardante de la llama tal como se prescribe en la Ley Normativa de Construcción.
La figura 2 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de combustión del artículo de pruebas (L).
Estos resultados indican cumplimiento del comportamiento estándar de un material casi-retardante de la llama prescrito en la Ley Normativa de Construcción, pero no con el rendimiento estándar de un material retardante de la llama.
Por lo tanto, al incorporar un agente de acoplamiento de silano en una cierta cantidad, se puede conseguir un material retardante de la llama que cumple con la Ley Normativa de la Construcción.
Ejemplo 3
Se dispuso una solución de tratamiento similar a la solución de tratamiento 1 mostrada en la Tabla 1, excepto por la utilización de una catequina en vez del tanino.
Esta solución de tratamiento se sometió a espectroscopia ^{13}C-NMR.
En este caso, la catequina (compuesto polifenólico), que es un propulsor del tanino, se utilizó en vez del tanino porque puede ser analizado fácilmente para el espectro ^{13}C-NMR.
La figura 3 muestra los resultados de la espectroscopia ^{13}C-NMR.
Dado que el máximo o pico atribuible a la catequina se redujo en esta figura, se consideró que la catequina interaccionaba con otros componentes en la solución de tratamiento, produciendo un cambio químico en la catequina.
Aplicabilidad industrial, utilidad
Si bien la presente invención se refiere a una solución de tratamiento antiincendios y, más particularmente, se utiliza de modo principal en artículos fácilmente inflamables, es decir, en artículos cuyo componente principal es una celulosa, tal como madera, papel, fibras naturales y similares, se puede aplicar también a papel para paredes interiores, muebles, materiales de prendas de vestir y similares, esperando un efecto similar siempre que no exista desviación con respecto al principio.
TABLA 1
Solución de tratamiento 1 Solución de tratamiento 2
(formulación 1) (%) (formulación 2) (%)
Agua 80,00 \hskip0.1cm 80,00 \hskip0.1cm
Sal metálica débilmente ácida/
débilmente alcalina 0,80 0,80
Borax 10,60 \hskip0.1cm 11,64 \hskip0.1cm
Ácido bórico 6,80 6,80
Ácido fosfórico 0,66 0,66
KBM-22 0,10 0,10
Tanino 1,04 0,00
Total 100,00 \hskip0.2cm 100,00 \hskip0.2cm
1
2
TABLA 4
Solución de tratamiento 3 Solución de tratamiento 4
(formulación 3) (%) (formulación 4) (%)
Agua 80,00 \hskip0.1cm 80,00 \hskip0.1cm
Sal metálica débilmente ácida/
débilmente alcalina 0,80 0,80
Borax 10,60 \hskip0.1cm 10,70 \hskip0.1cm
Ácido bórico 6,80 6,80
Ácido fosfórico 0,66 0,66
KBM-22 0,10 0,00
Tanino 1,04 1,04
Total 100,00 \hskip0.2cm 100,00 \hskip0.2cm

Claims (6)

1. Solución para tratamiento antiincendios, obtenida por adición de un ácido fosfórico y un agente de acoplamiento de silano a una solución acuosa de una sal metálica débilmente ácida o débilmente alcalina, conteniendo un compuesto de boro para formar una solución acuosa mixta y añadiendo a dicha solución acuosa mixta un extracto de plantas cuyo componente principal es un compuesto polifenólico;
en la que el compuesto de boro está contenido en una cantidad de 50 a 95% en peso basado en el peso total de todos los componentes;
la sal metálica débilmente ácida o débilmente alcalina está contenida en una cantidad de 1 a 10% en peso basada en el peso total de todos los componentes;
el agente de acoplamiento de silano está contenido en una cantidad de 0,1% a 5% en peso basado en el peso total de todos los componentes; y
el extracto de plantas cuyo componente principal es un compuesto polifenólico está contenido en una cantidad de 0,5 a 40% en peso basado en el peso total de todos los componentes.
2. Solución para tratamiento retardante del fuego, según la reivindicación 1, en la que el ácido fosfórico está contenido en una cantidad de 1 a 10% basado en el peso total de todos los componentes.
3. Material retardante del fuego obtenido por adición de una solución de tratamiento retardante del fuego, según la reivindicación 1, a un artículo cuyo componente principal es celulosa.
4. Material retardante del fuego obtenido por impregnación de una madera con una solución de tratamiento retardante del fuego, según la reivindicación 1.
5. Material retardante del fuego obtenido por impregnación de un papel con una solución de tratamiento retardante del fuego, según la reivindicación 1.
6. Material retardante del fuego obtenido por impregnación de una fibra con una solución de tratamiento retardante del fuego, según la reivindicación 1.
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