ES3018423T3 - Sistema de unión acuoso a base de agua para material compuesto retardante a las llamas - Google Patents

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Abstract

Se proporcionan materiales de protección contra quemaduras y métodos para fabricarlos, y más particularmente, compuestos ignífugos con aditivos altamente resistentes a las llamas y sistemas de unión acuosos a base de agua, y específicamente aquellos que incluyen a) una capa fundible; b) un material reactivo al calor que comprende: una resina polimérica que comprende una resina acrílica acuosa, grafito expansible, al menos un aditivo retardante de llama (FR) y al menos un compuesto polihidroxílico; y c) una capa adicional dispuesta sobre el material reactivo al calor de modo que el material reactivo al calor está entre la capa fundible y la capa adicional; en donde el compuesto textil tiene una postllama de menos de aproximadamente 2 segundos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de unión acuoso a base de agua para material compuesto retardante a las llamas
REFERENCIA CRUZADA A UNA SOLICITUD RELACIONADA
CAMPO
La presente divulgación se refiere a materiales de protección contra quemaduras y, en particular, a materiales compuestos retardantes a las llamas con aditivos de alta resistencia a las llamas y sistemas de unión acuosos a base de agua.
ANTECEDENTES
Con el fin de reducir las lesiones por quemaduras relacionadas con el fuego, se recomienda el uso de prendas de protección a los profesionales que trabajan en entornos peligrosos en los que es posible una exposición al fuego de corta duración, tales como los servicios de búsqueda y salvamento y la policía. Los equipos de protección para los trabajadores expuestos a estas condiciones deben proporcionar cierta protección mejorada para permitir al usuario alejarse del peligro de forma rápida y segura, en lugar de combatir el peligro.
Tradicionalmente, las prendas de protección resistentes a las llamas se han confeccionado con una capa exterior de un conjunto (la capa en contacto con la llama) que comprende tejido incombustible y no fundente hecho, por ejemplo, de aramidas, polibencimidazol (PBI), poli p-fenileno-2,6-benzobisoxazol (PBO), mezclas de modacrílicos, poliaminas, carbono, poliacrilonitrilo (PAN), y mezclas y combinaciones de los mismos. Estas fibras pueden ser inherentemente resistentes a las llamas, pero pueden tener varias limitaciones. En concreto, estas fibras pueden ser muy caras, difíciles de teñir e imprimir y puede que no tengan una resistencia adecuada a la abrasión. Además, estas fibras recogen más agua y ofrecen un confort táctil insatisfactorio en comparación con los tejidos a base de nailon o poliéster.
El documento EP 2322710 a nombre de W.L. Gore and Associates GmbH describe un artículo que comprende un producto textil hecho de fibras/filamentos que tiene un patrón discontinuo parcialmente interno de un material impregnante que penetra en el producto textil. Las zonas no impregnadas son permeables al aire y el producto textil es permeable al vapor de agua y tiene una absorción de agua y un tiempo de resecado reducidos.
El documento EP 2679109 a nombre de W.L. Gore and Associates GmbH describe un material adecuado para usar en prendas para trabajadores en entornos peligrosos, que es transpirable, impermeable y resistente a las llamas, que comprende un material termorreactivo que comprende una mezcla de resina polimérica y grafito expandible, en donde el grafito expandible tiene una expansión de al menos 900 pm al calentarse a 280 °C.
Para un rendimiento óptimo del usuario en entornos con exposición ocasional al fuego repentino, se desea una prenda ligera, transpirable y con una mayor protección contra las quemaduras. El coste de las prendas de protección resistentes a las llamas ha sido una consideración importante para el gran número de aplicaciones de exposición peligrosa fuera de la protección contra incendios, de este modo impidiendo el uso de productos textiles típicos, inherentemente resistentes a las llamas, tales como los utilizados en la comunidad de bomberos.
SUMARIO
La invención se refiere a artículos y métodos de acuerdo con las reivindicaciones independientes, que proporcionan materiales compuestos retardantes a las llamas con aditivos de alta resistencia a las llamas y sistemas de unión acuosos a base de agua, y a un método de fabricación de los mismos.
En un primer aspecto, se proporciona un material compuesto textil que comprende: a) una capa fundible; b) un material termorreactivo que comprende: una resina polimérica que comprende una resina acrílica acuosa, grafito expandible, al menos un aditivo retardante a las llamas (FR por sus siglas en inglés), y al menos un compuesto polihidroxi; y c) una capa adicional dispuesta sobre el material termorreactivo de modo que el material termorreactivo está entre la capa fundible y la capa adicional; en donde el material compuesto textil tiene una llama residual de menos de aproximadamente 2 segundos.
El compuesto polihidroxi puede tener un peso molecular de menos de aproximadamente 1000 g/mol, menos de aproximadamente 500 g/mol, menos de aproximadamente 250 g/mol, o menos de aproximadamente 100 g/mol.
El compuesto polihidroxi puede ser propano-1,2,3-triol, que también puede denominarse glicerol.
El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 Newtons (N) según lo medido por la norma DIN 54310.
El material termorreactivo puede aplicarse a la capa fundible. El material termorreactivo puede aplicarse a la capa adicional. El material termorreactivo puede aplicarse a la capa fundible y a la capa adicional. El material termorreactivo puede aplicarse en un patrón continuo. El material termorreactivo puede aplicarse en un patrón discontinuo.
El material termorreactivo puede aplicarse en un patrón discontinuo de puntos.
El grafito expandible puede expandirse al menos aproximadamente 900 micrómetros al calentarse a aproximadamente 280 °C, según lo medido por la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento.
El al menos un aditivo FR puede comprender materiales a base de nitrógeno y/o materiales a base de fósforo. El al menos un aditivo FR puede ser melamina. El al menos un aditivo FR puede ser polifosfato. El al menos un aditivo FR puede ser una combinación de melamina y polifosfato. El al menos un aditivo FR puede ser polifosfato de melamina.
El material termorreactivo puede comprender el compuesto polihidroxi en un intervalo de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 20% en peso, o de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10% en peso, o de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 5 % en peso, basándose en un peso total del material termorreactivo. El compuesto polihidroxi puede ser propano-1,2,3-triol.
El material termorreactivo puede comprender polímero acrílico y una mezcla de grafito expandible y al menos un compuesto polihidroxi. El material termorreactivo puede comprender en el intervalo de aproximadamente el 40 a aproximadamente el 90 % en peso de polímero acrílico, basándose en un peso total del material termorreactivo. El material termorreactivo puede comprender en el intervalo de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 60 % en peso de la mezcla del grafito expandible y el compuesto polihidroxi, basándose en un peso total del material termorreactivo. El material termorreactivo puede comprender en el intervalo de aproximadamente el 40 a aproximadamente el 90 % en peso de polímero acrílico y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 60 % en peso de la mezcla del grafito expandible y el compuesto polihidroxi, basándose en un peso total del material termorreactivo. Los porcentajes en peso utilizados anteriormente se basan en el peso total del material termorreactivo menos los volátiles que puedan estar presentes, por ejemplo, agua u otras moléculas orgánicas que puedan evaporarse durante el proceso de secado y curado.
La capa adicional puede ser una capa textil. La capa adicional puede ser una capa textil termoestable. La capa adicional puede ser una combinación de una capa textil y una capa textil termoestable.
La capa adicional puede comprender uno o más de los siguientes elementos: aramida, algodón resistente a las llamas, algodón, lino, rayón cupramónico (cupro), acetato, triacetato, lana, viscosa, polibencimidazol (PBI), polibenzoxazol (PBO), rayón FR, modacrilo, mezcla de modacrilo/algodón, poliamina, fibra de vidrio, poliacrilonitrilo, politetrafluoroetileno o combinaciones de los mismos. La capa adicional puede comprender algodón, cupro, viscosa o una combinación de los mismos.
La capa adicional puede comprender al menos un material fundible. El material fundible puede ser inflamable. Los productos textiles que se consideran fundibles incluyen, aunque no de forma limitativa, poliamidas tales como nailon 6 o nailon 6,6, poliéster, polipropileno.
La resina acrílica acuosa puede comprender unidades de repetición de acrilamida.
La resina acrílica acuosa puede comprender unidades de repetición de N-metilol acrilamida.
La resina polimérica puede ser una resina acrílica acuosa.
La resina polimérica comprende al menos el 25 % en peso de una resina acrílica acuosa basada en el peso total de la resina polimérica y al menos una resina polimérica que comprende acetato de vinilo, estireno, poliéter, poliéster, poliuretano, poliéter poliuretano, poliéster poliuretano, policarbonato poliuretano o un copolímero o una mezcla de los mismos.
El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 a aproximadamente el 100 % del área superficial de la capa fundible. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 a aproximadamente el 100 % del área superficial de la capa adicional.
El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 240 gramos por metro cuadrado (g/m2), según lo medido por la norma DIN EN 12127 (1997/12).
El material compuesto textil puede tener una permeabilidad al aire de al menos aproximadamente 50 l/m2s, medida según la norma DIN ISO 9237 (1995). El material compuesto textil puede tener una permeabilidad al aire superior a aproximadamente 50 l/m2s. El material compuesto textil puede tener una permeabilidad al aire de aproximadamente 50 l/m2s a aproximadamente 500 l/m2s, medida según la norma DIN ISO 9237 (1995). El material compuesto textil puede tener una permeabilidad al aire de aproximadamente 75 l/m2s a aproximadamente 500 l/m2s, o de aproximadamente 100 l/m2s a aproximadamente 500 l/m2s, o de aproximadamente 125 l/m2s a aproximadamente 500 l/m2s, o de aproximadamente 150 l/m2s a aproximadamente 500 l/m2s, o de aproximadamente 175 l/m2s a aproximadamente 500 l/m2s, o de aproximadamente 50 l/m2s a aproximadamente 100 l/m2s, o de aproximadamente 75 l/m2s a aproximadamente 100 l/m2s, o de aproximadamente 120 l/m2s a aproximadamente 150 l/m2s, o de aproximadamente 130 l/m2s a aproximadamente 170 l/m2s, o de aproximadamente 140 l/m2s a aproximadamente 180 l/m2s, o de aproximadamente 150 l/m2s a aproximadamente 190 l/m2s, medida según la norma DIN ISO 9237 (1995). Opcionalmente, el material compuesto textil puede tener una permeabilidad al aire superior a aproximadamente 150 l/m2s, medida según la norma DIN ISO 9237 (1995).
La capa fundible y la capa adicional pueden adherirse entre sí mediante el material termorreactivo.
En un segundo aspecto, se proporciona una prenda que comprende el material compuesto textil descrito en el presente documento.
En un tercer aspecto, se proporciona una composición termorreactiva que comprende i) una resina polimérica que comprende una resina acrílica acuosa, ii) grafito expandible que se expande al menos aproximadamente 900 micrómetros al calentarse a aproximadamente 280 °C, según se mide mediante la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento; y iii) al menos un aditivo retardante a las llamas, iv) un compuesto polihidroxi; y v) agua.
La composición termorreactiva puede comprender el compuesto polihidroxi en un intervalo de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10 % en peso, o de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 8 % en peso, o de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 7 % en peso, basándose en un peso total del material termorreactivo.
La composición termorreactiva puede comprender en el intervalo de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de grafito expandible, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de aditivo retardante a las llamas, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de compuesto polihidroxi, y de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de agua, basándose en el peso total de la composición termorreactiva.
El compuesto polihidroxi puede ser propano-1,2,3-triol y la resina acrílica acuosa puede comprender unidades de repetición de acrilamida.
Las expresiones "material termorreactivo" y "composición termorreactiva" se utilizan para describir el mismo componente material, pero en condiciones diferentes. Una composición termorreactiva es la combinación húmeda o acuosa de resina polimérica que comprende resina acrílica acuosa y una mezcla de grafito expandible, al menos un aditivo FR y al menos un compuesto polihidroxi antes de aplicar a la capa fundible y/o a la capa adicional. Un material termorreactivo es la combinación seca de resina polimérica que comprende resina acrílica acuosa y una mezcla de grafito expandible, al menos uno de los aditivos FR, y al menos un compuesto polihidroxi después de la etapa de calentamiento durante la fabricación del material compuesto textil. El material termorreactivo es la combinación desecada de resina acrílica acuosa y una mezcla de grafito expandible y al menos uno de los aditivos FR dentro del material compuesto textil de la divulgación.
En un cuarto aspecto, se proporciona un método para formar o fabricar el material compuesto textil descrito en el presente documento, comprendiendo el método: a) proporcionar una capa fundible y una capa adicional; b) aplicar una composición termorreactiva sobre la capa fundible, la capa adicional o ambas, en donde la composición termorreactiva comprende una resina acrílica acuosa, grafito expandible, al menos un aditivo retardante a las llamas, al menos un compuesto polihidroxi y agua, c) adherir la capa fundible y la capa adicional junto con la composición termorreactiva intercalada entre las dos capas para formar un laminado; y d) calentamiento del laminado hasta una temperatura suficiente para eliminar al menos una parte del agua de la resina acrílica acuosa.
La etapa de aplicación puede comprender la aplicación de la composición termorreactiva en un patrón discontinuo.
El laminado formado puede tener una longitud de aproximadamente 400 metros o más, o de aproximadamente 500 metros o más, o de aproximadamente 1000 metros o más.
El método puede comprender la aplicación de un revestimiento hidrófugo duradero sobre la capa fundible.
La capa fundible puede ser una capa textil. La capa fundible puede comprender uno o más de: un material tejido, de punto, no tejido, o una combinación de los mismos. La capa fundible puede ser un producto textil multicapa que comprende uno o más de los tejidos, tejidos de punto y/o productos textiles no tejidos. El producto textil utilizado para la capa fundible puede comprender uno o más de los siguientes: poliamidas, por ejemplo, nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno, elastano. La capa fundible puede ser una poliamida o un poliéster. La fundible puede ser una mezcla o una combinación de poliamidas, por ejemplo, nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno y/o elastano.
La capa fundible puede comprender más de un producto textil fundible. Por ejemplo, la capa fundible puede comprender una combinación de dos o más de nailon, nailon 6, nailon 6,6, poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno, poliuretano, poliolefina, polietileno, elastano y polipropileno.
La capa fundible puede ser una película fundible en donde la película fundible puede ser una película microporosa o no porosa. La película fundible puede ser una película no porosa e impermeable a los gases y puede ser una película fundible continua que cubra, por ejemplo, la totalidad o parte de un artículo o prenda. Una película continua fundible no permite que penetren sustancias químicas o materiales biológicos desde la superficie del artículo de material compuesto hasta el usuario. La película fundible puede ser una sola capa de película o una película multicapa. En un artículo de material compuesto resistente a las llamas, la película fundible puede ser una poliolefina microporosa, un poliéster microporoso o un poliuretano microporoso.
La película fundible puede comprender poliolefina, polietileno, polipropileno, etil vinil alcohol (EVOH), etilvinilacetato (EVAc), cloruro de polivinilo (PVC), cloruro de polivinilideno (PVdC), fluoruro de polivinilo, fluoruro de polivinilideno, fluoropolímeros, poliuretano, poliésteres, poliamidas, poliéteres, poliacrilatos y polimetacrilatos, copolieterésteres o copolímeros o laminados multicapa de los mismos.
La capa fundible puede ser ligera de peso. La capa fundible puede tener un peso igual o inferior a aproximadamente 120 gramos por metro cuadrado (g/m2), igual o inferior a aproximadamente 110 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 100 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 90 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 80 g/m2, igual o inferior a 70 g/m2, igual o inferior a 60 g/m2, igual o inferior a 50 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 45 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 40 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 35 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 30 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 25 g/m2, o igual o inferior a aproximadamente 20 g/m2. En otras realizaciones, la capa fundible puede ser mayor o igual a aproximadamente 10 g/m2 o mayor o igual a 15 g/m2. Todas las mediciones de peso se realizan según la norma DIN EN 12127 (1997/12).
La capa fundible puede ser un producto textil fundible y no inflamable. La capa fundible puede comprender poliésteres modificados con fosfonatos (tales como los materiales vendidos bajo el nombre comercial TREVIRA® CS y AVORA® FR). La capa fundible puede comprender un producto textil fundible y no inflamable que normalmente no está previsto para usar en laminados resistentes a las llamas destinados a aplicaciones en prendas. El material compuesto textil puede comprender un material textil fundible y no inflamable que normalmente no está previsto para usar en laminados resistentes al fuego destinados a aplicaciones en prendas, y puede además comprender un material termorreactivo y una capa adicional dispuesta sobre el material termorreactivo de modo que el material termorreactivo está entre la capa fundible y la capa adicional. El material compuesto textil puede usarse en aplicaciones de laminados resistentes a las llamas.
La capa fundible puede ser un producto textil multicapa. La capa fundible puede ser un producto textil multicapa que comprende dos o más capas. La capa fundible puede ser un producto textil multicapa que comprende dos o más capas textiles. La capa fundible puede ser un producto textil multicapa que comprende dos o más capas seleccionadas entre capa textil de punto, capa textil tejida y/o capa textil no tejida. La capa fundible puede comprender un producto textil multicapa que comprende dos o más capas, en donde al menos una de las capas es un producto textil fundible. La capa fundible puede comprender un producto textil multicapa que comprende dos o más capas, en donde cada una de las capas es un producto textil fundible. Las capas textiles de un producto textil multicapa pueden estar superpuestas entre sí.
Una prenda puede comprender los materiales compuestos textiles descritos en el presente documento, en donde la capa fundible es la capa exterior. La capa exterior fundible puede comprender un producto textil multicapa. Cuando se utiliza un producto textil multicapa como capa exterior fundible, cada una de las capas fundibles individuales puede elegirse independientemente entre sí.
El uso de productos textiles fundibles puede ser beneficioso porque tales materiales pueden ser ligeros, baratos y fáciles de teñir e imprimir y tienen una resistencia adecuada a la abrasión. "Resistencia adecuada a la abrasión" significa que el producto textil fundible tiene una resistencia a la abrasión medida según la norma DIN EN ISO 12 947-2 (2006) que es igual o superior a la resistencia a la abrasión del poliéster o el polialgodón con el mismo peso y construcción.
La capa fundible puede ser, en uso (por ejemplo, en una prenda) la capa exterior orientada hacia el entorno u orientada hacia el lado opuesto al usuario.
La capa fundible puede incluir uno o más tratamientos para mejorar las propiedades del material compuesto textil. Tales tratamientos pueden aplicarse a la capa fundible antes de la formación del material compuesto textil o pueden aplicarse después de la formación del material compuesto textil.
La capa fundible puede comprender un tratamiento retardante a las llamas (FR). Los tratamientos retardantes a las llamas adecuados pueden incluir, aunque no de forma limitativa, la aplicación de un acabado químico retardante a las llamas a la capa fundible o la adición de un tratamiento químico a las fibras antes de que sean tejidas o tricotadas en un producto textil o tejido fundible. El tratamiento retardante a las llamas puede no influir en las propiedades fundibles de la capa fundible. El tratamiento retardante a las llamas puede comprender el tratamiento con nanoarcillas. El tratamiento retardante a las llamas puede comprender el tratamiento con montmorillonita. El tratamiento retardante a las llamas puede comprender el tratamiento con uno o más de los siguientes productos: óxido de aluminio, hidróxido de aluminio (ATH), hidróxido de magnesio (MDH), huntita, hidromagnesita, fósforo rojo, boratos de boro, organoclorados, organobromados, trióxido de antimonio, pentóxido de antimonio, antimonato de sodio, organofosfatos, fosfato de tris(2,3-dibromopropilo), tetrabromobisfenol A (TBBPA), 2,2-bis(bromometil)-1,3-propanodiol (BBMP), trifenilfosfato (TPP), tris(1,3-dicloro-2-propil)fosfato (TDCPP), tris(2-cloroetil)fosfato (TCEP), 2-etilhexil-2,3,4,5-tetrabromobenzoato (TBB), bis(2-etilhexil)3,4,5,6-tetrabromoftalato (TBPH), hexabromociclododecano (HBCD), fosfato de amonio, sulfato de amonio, fosfato de triisopropilo, etilfosfato de dietilo, fosfato de (tris-cloroetilo), fosfato de trifenilo, fosfato de tris-(2-cloroetilhexilo), fosfato de tricresilo, mono-, bis- y tri-(isopropilfenil) fosfato, fosfato de triisopropilfenilo, resorcinol-bis-(difenil fosfato), bisfenol-A-bis-(difenil)fosfato, melamina, fosfato de melamina, cianurato de melamina, poli-zinc de melamina, fosfato de aluminio, estabilizadores de la luz de amina impedida a base de melamina, fosfato de etilendiamina, fosfonatos cíclicos, fosfonatos aromáticos, ésteres alifáticos de fosfato, cloroparafina, hexabromobenzol, anhídrido tetrabromoftálico o una combinación de los mismos. El tratamiento retardante a las llamas puede proporcionar protección FR para evitar y/o disminuir la inflamabilidad y la llama residual.
La capa fundible puede comprender un tratamiento para proporcionar un acabado de impresión. La capa fundible puede imprimirse en cualquier color y/o patrón adecuado. La capa fundible puede imprimirse con cualquier colorante adecuado. Por ejemplo, la capa fundible puede imprimirse con patrón de camuflaje. La capa fundible puede imprimirse con un material reflectante de la luz.
La capa fundible puede comprender un tratamiento para ajustar sus características de reflectancia o absorbancia de los rayos infrarrojos cercanos. La capa fundible puede comprender un tratamiento con un cromógeno de ftalocianina. La capa fundible puede imprimirse con un colorante de ftalocianina. Las capas fundibles impresas con tintes de ftalocianina pueden proporcionar camuflaje infrarrojo (IR) (p. ej. para aplicaciones militares). Sin desear quedar ligado a teoría alguna, los cromógenos de ftalocianina pueden absorber luz en la región del infrarrojo cercano (NIR).
La capa fundible puede tener un tratamiento hidrófobo para ayudar a disminuir la absorción de agua del material compuesto textil. Los tratamientos hidrófobos adecuados pueden incluir tratamientos fluoroquímicos y/o tratamientos a base de silicona.
La capa fundible puede tener aplicado un tratamiento insecticida o repelente de insectos, por ejemplo, permetrina o DEET.
La capa fundible puede incluir tratamientos hidrófilos u oleófobos para conferir al material compuesto textil propiedades de absorción de agua o repelencia de la suciedad.
El material termorreactivo puede comprender una resina polimérica que comprende una resina acrílica acuosa. El material termorreactivo puede comprender una resina acrílica acuosa. El material termorreactivo puede comprender grafito expandible. El material termorreactivo puede comprender un aditivo retardante a las llamas (FR). El material termorreactivo puede comprender un compuesto polihidroxi. El material termorreactivo puede comprender una resina polimérica que comprende una resina acrílica acuosa, grafito expandible, un aditivo retardante a las llamas (FR) y un compuesto polihidroxi. El material termorreactivo puede consistir prácticamente en una resina acrílica acuosa, grafito expandible, un aditivo retardante a las llamas (FR) y un compuesto polihidroxi. Tal como se utiliza en este contexto, "consiste esencialmente en" significa que el material termorreactivo incluye los materiales enumerados e igual o inferior a aproximadamente el 10 % (o igual o inferior a aproximadamente el 5 %, o igual o inferior a aproximadamente el 4 %, o igual o inferior a aproximadamente el 3 %, o igual o inferior a aproximadamente el 2 %, o igual o inferior a aproximadamente el 1 %) en peso de cualquier otro material que pueda afectar materialmente a la composición. Los porcentajes en peso se basan en el peso total del material termorreactivo menos los volátiles que puedan estar presentes, por ejemplo, agua u otras moléculas orgánicas que puedan evaporarse durante el proceso de secado y curado.
La resina acrílica acuosa puede ser una resina de polímero acrílico a base de agua. La resina acrílica acuosa puede incluir unidades de repetición de acrilamida. La resina acrílica acuosa puede incluir unidades de repetición de N-metilol acrilamida. La resina acrílica acuosa puede ser una resina de polímero acrílico a base de agua y puede contener unidades de repetición de N-metilol acrilamida tal como, por ejemplo, EDOLAN® AM disponible en Tanatex Chemicals B.V., Ede, Países Bajos. La resina acrílica acuosa puede ser un copolímero acrílico que comprende estireno en diferentes cantidades. La resina acrílica acuosa puede ser un copolímero acrílico que comprende monómeros de acrilamida en diferentes cantidades. La resina acrílica acuosa puede comprender además acrilonitrilo, acetatos de vinilo, estireno o una combinación de los mismos.
La resina acrílica acuosa puede ser un termoplástico. La resina acrílica acuosa puede ser autorreticulable. El polímero acrílico puede ser un polímero acrílico reticulable. El término "autorreticulante" quiere decir que la resina acrílica acuosa comprende grupos funcionales que pueden reaccionar entre sí en determinadas condiciones, por ejemplo, temperatura elevada, condiciones de hidrólisis, etc., como es conocido en la técnica, para formar un polímero reticulado. En algunos aspectos, la autorreticulación puede iniciarse aplicando una temperatura elevada de, por ejemplo, aproximadamente 120 °C o superior sin ningún producto químico adicional. La resina acrílica acuosa puede comprender un reticulante. La resina acrílica acuosa puede no estar reticulada. La resina acrílica acuosa puede ser autorreticulante y además puede comprender un reticulante. Un reticulante adicional puede mejorar la unión a los productos textiles. La composición termorreactiva puede comprender un reticulante para formar una resina acrílica acuosa reticulada.
La composición termorreactiva puede comprender o consistir prácticamente en una resina acrílica acuosa, grafito expandible, al menos un aditivo FR, al menos un compuesto polihidroxi y un agente reticulante. Los agentes reticulantes adecuados pueden incluir, por ejemplo, uno o más de los siguientes: agentes reticulantes a base de poliisocianato, agentes reticulantes a base de poliisocianato bloqueado. Otros agentes reticulantes adecuados son los siguientes materiales: N-metoximetilmelamina, metilolmelamina, carbodiimida, policarbodiimida, isocianato, poliisocianato, diaminocarbamato, reticulante de propilenimina dependiendo de su construcción química, propilenimina, propilenimina alifática, derivados aromáticos de propilenimina, productos de reacción entre acrilatos polifuncionales y propilenimina, reticulante de bisamida (ciclo)alifática o una combinación de los mismos.
La composición termorreactiva puede comprender un agente reticulante a un valor igual o inferior a aproximadamente el 10% en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 9% en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 8 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 7 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 6% en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 5% en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 4 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 3 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 2 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 1 % en peso, basándose en el peso total de la resina acrílica acuosa y el agente reticulante.
Pueden usarse resinas acrílicas acuosas que tengan una temperatura de fusión o ablandamiento inferior a aproximadamente 280 °C. Las resinas acrílicas acuosas pueden permitir que el grafito expandible se expanda al menos aproximadamente 900 micrómetros al calentarse a aproximadamente 280 °C, tal como se mide en la Prueba de expansión mediante TMA.
Unas resinas acrílicas acuosas adecuadas en el material termorreactivo pueden permitir que el grafito expandible se expanda a temperaturas inferiores a la temperatura de pirólisis de la capa fundible. Las propiedades viscoelásticas de la resina acrílica acuosa durante la exposición al calor pueden permitir la expansión del grafito expandible y mantener la integridad estructural del material termorreactivo tras la expansión del grafito expandible.
El material termorreactivo puede no incluir silicona o compuestos que contienen silicona. El material termorreactivo puede estar exento o prácticamente exento de silicona. Como se utiliza en el presente documento, "esencialmente exento de silicona" comprende que el material termorreactivo puede comprender igual o menos de aproximadamente el 5 % en peso de compuestos que contienen silicona, o igual o menos de aproximadamente el 4 % o igual o menos de aproximadamente el 3 % o igual o menos de aproximadamente el 2 %, o igual o menos de aproximadamente el 1 % en peso de compuestos que contienen silicona. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total del material termorreactivo.
Una ventaja del uso de resinas acrílicas acuosas en el material termorreactivo es que el material compuesto textil puede tener una impresión reducida en comparación con, por ejemplo, los materiales compuestos textiles formados con materiales termorreactivos a base de silicona. Esta reducción del traspaso de impresión puede dar como resultado una óptica visual y durabilidad del color mejoradas para, por ejemplo, la impresión de camuflaje. Además, los materiales compuestos textiles formados con materiales termorreactivos acuosos a base de resina acrílica pueden ofrecer mejores condiciones para tratamientos posteriores como, por ejemplo, tratamientos repelentes al agua, porque la química acrílica reacciona mejor con dichos tratamientos en comparación con las siliconas hidrófobas.
El material termorreactivo puede estar exento o prácticamente exento de fibras de vidrio. Se conoce el uso de fibras de vidrio junto con compuestos que contienen fósforo para formar un residuo de carbón relativamente duro y estable tras la pirólisis de una resina polimérica. No es necesario utilizar fibras de vidrio para ayudar a estabilizar un residuo de carbón formado por el material termorreactivo descrito en el presente documento. Como se utiliza en el presente documento, "esencialmente exento de fibras de vidrio" comprende que el material termorreactivo puede comprender igual o menos de aproximadamente el 5 % en peso de fibras de vidrio, o igual o menos de aproximadamente el 4 %, o igual o menos de aproximadamente el 3 %, o igual o menos de aproximadamente el 2 %, o igual o menos de aproximadamente el 1 % en peso de fibras de vidrio. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total del material termorreactivo.
La resina polimérica que comprende resina acrílica acuosa puede contener y/o funcionar como adhesivo, por ejemplo, para laminar o unir la capa fundible a la capa adicional.
El grafito expandible puede expandirse al menos aproximadamente 400 micrómetros en la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento cuando se calienta a aproximadamente 240 °C. El grafito expandible puede expandirse al menos aproximadamente 500 micrómetros en la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento cuando se calienta a aproximadamente 240 °C. El grafito expandible puede expandirse al menos aproximadamente 600 micrómetros en la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento cuando se calienta a aproximadamente 240 °C. El grafito expandible puede expandirse al menos aproximadamente 700 micrómetros en la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento cuando se calienta a aproximadamente 240 °C. El grafito expandible puede expandirse al menos aproximadamente 800 micrómetros en la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento cuando se calienta a aproximadamente 240 °C. El grafito expandible puede expandirse al menos aproximadamente 900 micrómetros en la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento cuando se calienta a aproximadamente 280 °C.
El grafito expandible puede tener una endoterma mayor o igual a aproximadamente 50 julios/gramo (J/g), o mayor o igual a aproximadamente 75 J/g, o mayor o igual a aproximadamente 100 J/g, o mayor o igual a aproximadamente 125 J/g, o mayor o igual a aproximadamente 150 J/g, o mayor o igual a aproximadamente 175 J/g, o mayor o igual a aproximadamente 200 J/g, o mayor o igual a aproximadamente 225 J/g, o mayor o igual a aproximadamente 250 J/g. La calorimetría diferencial de barrido (DSC) puede utilizarse para determinar los valores endotérmicos de los materiales de grafito expandible.
El grafito expandible también puede tener tanto una buena expansión, como se ha descrito anteriormente, como una endoterma de al menos aproximadamente 100 J/g, cuando se somete a prueba según el método de prueba de endoterma en DSC, como se describe en el presente documento. El grafito expandible puede tener una expansión mayor de aproximadamente 900 pm a aproximadamente 280 °C cuando se mide en la Prueba de expansión mediante t Ma descrita en el presente documento y una endoterma mayor o igual a aproximadamente 100 J/g cuando se somete a prueba según el método de prueba de endoterma en DSC como se describe en el presente documento.
El tamaño de las partículas de grafito expandible incorporadas al material termorreactivo puede elegirse de modo que el material termorreactivo pueda aplicarse con un método de aplicación seleccionado. Por ejemplo, cuando el material termorreactivo se aplica mediante técnicas de huecograbado o serigrafía, el tamaño de las partículas de grafito expandible puede ser lo suficientemente pequeño como para caber en las celdas de huecograbado o en las aberturas de las boquillas de serigrafía o pulverización (impresión de alfombras). El grafito expandible puede ser grafito expandible Asbury 3626 disponible en Asbury Carbons, Asbury, Nueva Jersey, EE. UU.
El material termorreactivo puede incluir también al menos un aditivo retardante a las llamas (FR). El material termorreactivo puede incluir uno o más aditivos retardantes a las llamas (FR) seleccionados de entre: melamina, polifosfato o una combinación de la misma. El aditivo FR puede ser polifosfato de melamina. El material termorreactivo puede incluir al menos uno de melamina AFLAMMIT® PMN 500, polifosfato de melamina AFLAMMIT® PMN 200 y aditivos AFLAMMIT® PCO 962, todos ellos disponibles en Thor GmbH, Speyer, Alemania.
El material termorreactivo puede incluir también al menos un compuesto polihidroxi. El compuesto polihidroxi puede tener un peso molecular de menos de aproximadamente 1000 g/mol, de menos de aproximadamente 500 g/mol, de menos de aproximadamente 250 g/mol, o de menos de aproximadamente 100 g/mol. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el compuesto polihidroxi puede ser propano-1,2,3-triol. En algunas realizaciones, el compuesto polihidroxi puede ser propano-1,2,3-triol, butano-1,2,3,4-tetrol (eritritol), 2,2-(bishidroximetil)propano-1,3-diol (pentaeritritol), etilenglicol, propilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, neopentilenglicol o una combinación de los mismos.
La composición termorreactiva puede comprender de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 90 por ciento en peso (% en peso) de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 76 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 90 % en peso de resina acrílica acuosa, o incluye de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 85 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 76 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 al 90 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 85 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 76%en peso de resina acrílica acuosa. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total de la composición termorreactiva.
Basándose en el peso total de la composición termorreactiva, la composición termorreactiva puede contener grafito expandible en un intervalo de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 por ciento en peso (% en peso), en donde el porcentaje en peso se basa en el peso total de la composición termorreactiva. El grafito expandible puede estar presente en la composición termorreactiva en un intervalo de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 40 % en peso, o de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 35 % en peso, o de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 30 % en peso, o de aproximadamente el 5 al 25 % en peso, o de aproximadamente el 10 al 45 % en peso, o de aproximadamente el 10 al 40 % en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 35 % en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 30 % en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 25 % en peso, en donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de la composición termorreactiva húmeda.
Basándose en el peso total de la composición termorreactiva, la composición termorreactiva puede contener al menos un aditivo FR en un intervalo de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 por ciento en peso (% en peso), o en el intervalo de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 40 % en peso. El al menos un aditivo FR puede estar presente en la composición termorreactiva en un intervalo de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 35 % en peso, o de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 30 % en peso, o de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 25 % en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 45 % en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 40 % en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 35% en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 30% en peso, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 25 % en peso, en donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de la composición termorreactiva.
Basándose en el peso total de la composición termorreactiva, la composición termorreactiva puede contener al menos un compuesto polihidroxi en un intervalo de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10 % en peso, o de aproximadamente 3 a aproximadamente el 8 % en peso, o de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 7 % en peso.
Puede estar presente en la composición termorreactiva una mezcla de grafito expandible y al menos un aditivo FR en un intervalo de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 % en peso de grafito expandible y de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 % en peso de aditivo FR, basándose en un peso total de la composición termorreactiva. La mezcla de grafito expandible y al menos un aditivo FR puede estar presente en la composición termorreactiva en un intervalo de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 40 % en peso de grafito expandible y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 40 % en peso de aditivo FR, o en un intervalo de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 30 % en peso de grafito expandible y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 25 % en peso de aditivo FR, en donde todos los porcentajes en peso están basados en el peso total de la composición termorreactiva.
La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 90 % en peso de resina acrílica acuosa y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 50 % en peso de una mezcla de grafito expandible y aditivo FR, basándose en el peso total de la composición termorreactiva. La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa y de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 50 % en peso de una mezcla de grafito expandible y aditivo F<r>, basándose en el peso total de la composición termorreactiva. La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 75 % en peso de resina acrílica acuosa y de aproximadamente el 25 a aproximadamente el 50 % en peso de una mezcla de grafito expandible y aditivo FR, basándose en el peso total de la composición termorreactiva. La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 70 % en peso de resina acrílica acuosa, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 15 % en peso de grafito expandible, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 15 % en peso de aditivo FR, y de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10 % en peso de compuesto polihidroxi, basándose en el peso total de la composición termorreactiva.
La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 15% en peso de grafito expandible; de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 15 % en peso de aditivo retardante a las llamas, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 20 % en peso de compuesto polihidroxi, y de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 50 % en peso de agua, basándose en el peso total de la composición termorreactiva.
La composición termorreactiva puede comprender adicionalmente aditivos tales como pigmentos, cargas, antimicrobianos, auxiliares tecnológicos, agentes reticulantes, espesantes, emulsionantes, antiespumantes y estabilizantes. La composición termorreactiva puede contener igual o menos de aproximadamente el 10% en peso, o igual o menos de aproximadamente el 5 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 4 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 3 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 2 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 1 % en peso de cualquiera de los aditivos opcionales. En algunas realizaciones, la composición termorreactiva puede no contener un emulsionante. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total de la composición termorreactiva.
La composición termorreactiva puede producirse mediante un método que proporcione una mezcla íntima de la resina polimérica que comprende resina acrílica acuosa, el grafito expandible, el aditivo FR y el compuesto polihidroxi, sin provocar una expansión sustancial del grafito expandible. La resina acrílica acuosa puede ser un polímero acrílico a base de agua. El grafito expandible, el aditivo FR y el compuesto polihidroxi y cualquiera de los aditivos opcionales, por ejemplo, agentes reticulantes, pueden mezclarse o fundirse con la resina acrílica acuosa por separado o al mismo tiempo para formar la composición termorreactiva. Los métodos de mezcla incluyen, aunque no de forma limitativa, mezcladores de paletas, mezclado y otras técnicas de mezcla de baja cizalla. La mezcla íntima de resina acrílica acuosa, partículas de grafito expandible, el aditivo FR y el compuesto polihidroxi puede conseguirse mezclando el grafito expandible, el aditivo FR y el compuesto polihidroxi con una mezcla de monómeros y/o un prepolímero antes de la polimerización de la resina acrílica acuosa. La mezcla de monómeros y/o prepolímeros puede polimerizarse a continuación para producir la composición termorreactiva. En los métodos que proporcionan una mezcla íntima de la resina acrílica acuosa, el aditivo FR, el compuesto polihidroxi y las partículas de grafito expandible o los aglomerados de grafito expandible, el grafito expandible puede estar recubierto o encapsulado por la resina acrílica acuosa antes de la expansión del grafito.
La composición termorreactiva puede aplicarse como una capa continua.
La composición termorreactiva puede aplicarse como una capa discontinua. Una capa discontinua de composición termorreactiva puede tener una cobertura de superficie inferior al 100%. La aplicación de la composición termorreactiva como una capa discontinua puede mejorar la permeabilidad al aire, la permeabilidad al vapor de agua y/o la manejabilidad.
El patrón discontinuo de la composición termorreactiva puede comprender cualquier forma adecuada. Por ejemplo, el patrón puede comprender uno o más de puntos, formas, círculos, cuadrados, triángulos, estrellas, diamantes, pentágonos, hexágonos, heptágonos, octágonos, polígonos, óvalos, cuadrículas, líneas, ondas, líneas en zig-zag y similares. Una aplicación discontinua del material termorreactivo puede proporcionar una cobertura de la superficie inferior al 100% mediante formas que incluyen, aunque no de forma limitativa, puntos, cuadrículas, líneas y combinaciones de los mismos. Como se utiliza en el presente documento, el término "punto" significa cualquier forma que puede ser cualquier forma discreta, por ejemplo, uno o más de un círculo, un cuadrado, un rectángulo, un triángulo, un diamante, un pentágono, un hexágono, un heptágono, un octágono, un óvalo, un polígono, una estrella, un corazón y similares. Las líneas pueden tener forma recta, ondulada, curva o mezclas de los mismos. Dependiendo del patrón, los puntos y las líneas pueden estar más cerca o más lejos unos de otros. Las líneas pueden disponerse en forma de cuadrícula.
Cuando la distancia promedio entre zonas adyacentes de patrón discontinuo puede ser igual o inferior a aproximadamente 10 milímetros (mm), o igual o inferior a aproximadamente 9 mm, o igual o inferior a aproximadamente 8 mm, o igual o inferior a aproximadamente 7 mm, o igual o inferior a aproximadamente 6 mm, o igual o inferior a aproximadamente 5 mm, o igual o inferior a aproximadamente 4 mm, o igual o inferior a aproximadamente 3,5 mm, o igual o inferior a aproximadamente 3 mm, o igual o inferior a aproximadamente 2,5 mm, o igual o inferior a aproximadamente 2 mm, o igual o inferior a aproximadamente 1,5 mm, o igual o inferior a aproximadamente 1 mm, o igual o inferior a aproximadamente 0,5 mm, o igual o inferior a aproximadamente 0,4 mm, o igual o inferior a aproximadamente 0,3 mm, o igual o inferior a aproximadamente 0,2 mm. Una distancia promedio entre áreas adyacentes del patrón discontinuo puede ser igual o mayor de aproximadamente 40 micrómetros, o igual o mayor de aproximadamente 50 micrómetros, o igual o mayor de aproximadamente 100 micrómetros, o igual o mayor de aproximadamente 200 micrómetros, dependiendo de la aplicación. El espaciado promedio entre puntos medido para ser igual o mayor que aproximadamente 200 micrómetros e igual o inferior que aproximadamente 500 micrómetros es útil en algunos patrones descritos en el presente documento. Como se utiliza en el presente documento, "la distancia promedio entre zonas adyacentes" significa la distancia entre los bordes de los puntos adyacentes.
El paso puede usarse, por ejemplo, junto con la cobertura de la superficie como forma de describir la disposición de un patrón impreso. En general, el paso se define como las distancias promedio de centro a centro entre formas adyacentes tales como puntos, líneas o cuadrículas del patrón impreso. El promedio se utiliza, por ejemplo, para tener en cuenta los patrones impresos con espaciado irregular. La composición termorreactiva puede aplicarse discontinuamente en un patrón con un paso y una cobertura de superficie que proporciona un rendimiento retardante a las llamas superior en comparación con una aplicación continua de composición termorreactiva que tiene una disposición de peso equivalente de la composición termorreactiva. El paso puede definirse como el promedio de las distancias de centro a centro entre formas adyacentes de la composición termorreactiva. Por ejemplo, el paso puede definirse como el promedio de las distancias de centro a centro entre puntos o líneas de cuadrícula adyacentes de la composición termorreactiva. El paso puede ser igual o mayor de aproximadamente 500 micrómetros, igual o mayor de aproximadamente 600 micrómetros, igual o mayor de aproximadamente 700 micrómetros, igual o mayor de aproximadamente 800 micrómetros, igual o mayor de aproximadamente 900 micrómetros, igual o mayor de aproximadamente 1000 micrómetros, igual o mayor de aproximadamente 1200 micrómetros, igual o mayor de aproximadamente 1500 micrómetros, igual o mayor que aproximadamente 1700 micrómetros, igual o mayor que aproximadamente 1800 micrómetros, igual o mayor que aproximadamente 2000 micrómetros, igual o mayor que aproximadamente 3000 micrómetros, igual o mayor que aproximadamente 4000 micrómetros, o igual o mayor que aproximadamente 5000 micrómetros, o igual o mayor que aproximadamente
6000 micrómetros o cualquier valor entre los mismos. Un patrón preferido de composición termorreactiva puede tener un paso de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 6000 micrómetros.
En realizaciones en las que son importantes propiedades como la manejabilidad, la transpirabilidad y/o el peso textil, puede usarse una cobertura de superficie igual o superior a aproximadamente el 25 %, e igual o inferior a aproximadamente el 90 %, o inferior a aproximadamente el 80 %, o inferior a aproximadamente el 70 %, o inferior a aproximadamente el 60 %, o inferior a aproximadamente el 50 %, o inferior a aproximadamente el 40 %, o inferior a aproximadamente el 30 %. Al exponerse al calor, la capa fundible puede quedar expuesta a energía suficiente para arder. En ciertas realizaciones y cuando se necesitan mayores propiedades de resistencia a las llamas, puede ser deseable tener una cobertura superficial de aproximadamente el 30% a aproximadamente el 100% del material termorreactivo en una superficie del producto textil interior o de las capas intermedias. Cuando se necesitan mayores propiedades de resistencia a las llamas, puede ser deseable tener una cobertura superficial del material termorreactivo con paso de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 6000 micrómetros.
Por ejemplo, la cobertura de la superficie del material termorreactivo puede ser de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 80 % del material termorreactivo en una superficie del producto textil interior o capa intermedia con un paso de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 6000 micrómetros.
La composición termorreactiva puede aplicarse en un patrón de puntos discontinuos. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de mayor o igual que de aproximadamente 0,8 mm a aproximadamente 5 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 0,9 mm a aproximadamente 4,5 mm. Los puntos tienen un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 4,0 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 3,5 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 3,0 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 2,5 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 2,25 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 2,2 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 2,1 mm. Los puntos pueden tener un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 2,0 mm.
El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de mayor que o igual a aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 100% del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 80 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 75 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 55 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 40 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 35 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional.
El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 100 %
del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 45 % a aproximadamente el 100 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 55 % a aproximadamente el 100 % del área superficial de la capa fundible. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 65 % a aproximadamente el 100 % del área superficial de la capa fundible. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 70 % a aproximadamente el 100 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 95 % a aproximadamente el 100 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional.
El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 70 %
del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 45 % a aproximadamente el 65 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 50 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 65 % a aproximadamente el 90 % del área superficial de la capa fundible. El material termorreactivo puede cubrir en el intervalo de aproximadamente el 70 %
a aproximadamente el 80 % del área superficial de la capa fundible y/o de la capa adicional.
Estos intervalos de cobertura de las capas con material termorreactivo inferiores al 100% pueden mejorar las propiedades del material compuesto textil, tales como la permeabilidad al aire, la manejabilidad, la transpirabilidad
y/o el peso textil. Por ejemplo, la aplicación del material termorreactivo a la capa fundible y/o a la capa adicional en una deposición de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 95 % puede dar como resultado un material compuesto textil con mayor permeabilidad al aire, transpirabilidad, mayor manejabilidad y menor peso en comparación con un material compuesto textil en el que el material termorreactivo se aplica como una capa continua con una cobertura del 100 % de la capa fundible y/o de la capa adicional.
Los métodos para conseguir una cobertura inferior al 100 % pueden comprender la aplicación o impresión de la composición termorreactiva sobre una superficie de la capa fundible o de la capa adicional, o de ambas. Los métodos adecuados de aplicación, impresión o deposición para la composición termorreactiva incluyen, aunque no de forma limitativa, serigrafía, serigrafía rotativa, huecograbado, recubrimiento por pulverización o dispersión, o recubrimiento por cuchilla. La serigrafía o serigrafía rotativa del material termorreactivo puede permitir una mayor disposición (en comparación con la disposición que puede conseguirse con un rodillo de huecograbado) y un bajo porcentaje de cobertura de área que puede permitir una permeabilidad al aire relativamente alta del material compuesto textil. Utilizando este método, se puede aumentar el grosor de las pantallas porque la composición termorreactiva puede incluir agua. Sin embargo, después de la impresión, al menos una parte del agua puede eliminarse (p. ej., evaporarse) de la composición termorreactiva utilizando una fuente de calor, por ejemplo, un horno o un rodillo calentado. Cuando se elimina el agua de la composición termorreactiva durante el calentamiento, puede reducirse la masa del material termorreactivo, lo que da como resultado un material compuesto textil más ligero. Cuando se elimina al menos una parte del agua de la composición termorreactiva, la masa del material termorreactivo puede reducirse hasta aproximadamente el 20 % o hasta aproximadamente el 25 % o hasta aproximadamente el 30 % o hasta aproximadamente el 35 % o hasta aproximadamente el 40 % o hasta como máximo el 45 %, en comparación con la masa de la composición termorreactiva antes de la eliminación del agua.
Tras la exposición del material compuesto textil a las llamas y/o al calor, por ejemplo, a una temperatura mayor o igual a aproximadamente 280 °C, la capa fundible puede empezar a fundirse y la masa fundida puede mezclarse con el material termorreactivo, especialmente con el grafito en expansión. Este proceso también puede formar un residuo de carbón comprendido por la capa fundible y el material termorreactivo. El residuo de carbón resultante de la exposición de la capa fundible y del material termorreactivo y/o a altas temperaturas, por ejemplo, superiores o iguales a aproximadamente 280 °C, puede ser una mezcla fundida heterogénea que comprende al menos la capa fundible y el grafito expandible expandido. Un residuo de carbón, según esta divulgación, pretende referirse al material carbonoso que queda después de exponer la capa fundible y el material termorreactivo hasta una temperatura mayor o igual a aproximadamente 280 °C. A temperaturas superiores o iguales a aproximadamente 280 °C, una o ambas capas fundibles y la resina acrílica acuosa pueden también oxidarse o participar en el proceso de combustión formando material carbonoso adicional que pasa a formar parte del residuo de carbón. La formación del residuo de carbón puede ayudar a aislar las capas inferiores del residuo de carbón de la exposición al calor.
El material termorreactivo, al expandirse, puede formar una pluralidad de zarcillos que comprenden grafito expandido. Durante el proceso de expansión, el volumen total del material termorreactivo puede aumentar significativamente en comparación con la misma mezcla antes de la expansión. El volumen del material termorreactivo puede aumentar al menos aproximadamente cinco veces tras la expansión. El volumen del material termorreactivo puede aumentar al menos aproximadamente seis veces tras la expansión. El volumen del material termorreactivo puede aumentar al menos aproximadamente siete veces tras la expansión. El volumen del material termorreactivo puede aumentar al menos aproximadamente ocho veces tras la expansión. El volumen del material termorreactivo puede aumentar al menos aproximadamente nueve veces tras la expansión. El volumen del material termorreactivo puede aumentar al menos aproximadamente diez veces tras la expansión.
Cuando el material compuesto textil comprende una capa fundible, una capa adicional y material termorreactivo aplicado en un patrón de formas discontinuas, el material termorreactivo puede expandirse formando zarcillos que se empaquetan sueltos tras la expansión creando huecos entre los zarcillos, así como espacio entre el patrón del material termorreactivo expandido. Al exponerse a la llama, la capa fundible puede fundirse y, en general, alejarse de las zonas abiertas entre las formas discontinuas del material termorreactivo. La capa adicional puede soportar el material termorreactivo durante la expansión y la masa fundida de la capa fundible puede ser absorbida y retenida por el material termorreactivo en expansión durante la fusión. Al absorber y retener la masa fundida, los materiales compuestos textiles descritos en el presente documento pueden no presentar goteo de masa fundida. Al absorber y retener la masa fundida, los materiales compuestos textiles descritos en el presente documento pueden ser incombustibles, como se mide en la Prueba de llama horizontal, descrita en el presente documento. Cuando la capa adicional termoestable soporta el material termorreactivo en expansión durante la absorción de la masa fundida, la capa adicional termoestable puede estar protegida contra la rotura y la abertura y la formación de orificios. El aumento del área superficial del material termorreactivo tras la expansión puede permitir la absorción de la masa fundida de la capa fundible por el material termorreactivo expandido tras la exposición a la llama.
El material compuesto textil descrito en el presente documento puede presentar propiedades mejoradas debido a la combinación de la capa fundible, el material termorreactivo que comprende la resina acrílica acuosa, el grafito expandible y el aditivo FR, y la capa adicional. Por ejemplo, el material compuesto textil puede tener una llama residual igual o inferior a aproximadamente 2 segundos cuando se somete a prueba su resistencia a las llamas según la Prueba de llama horizontal, descrita en el presente documento. Además, en algunas realizaciones, el material compuesto textil puede presentar ausencia de goteo de la masa fundida, ausencia de formación de orificios y ausencia de propagación de la llama o del resplandor hacia los bordes de la misma.
Dado que la composición termorreactiva comprende una resina acrílica acuosa en la que puede eliminarse posteriormente el agua, el material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 Newtons (N). El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 6 a aproximadamente 30 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 30 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 24 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 23 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 22 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 21 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 22 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 23 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 24 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 25 N. Los valores de resistencia al pelado en seco son los medidos en la norma DIN 54310.
La capa adicional puede estar hecha de materiales termoestables. Tras la exposición a la llama, la capa fundible puede fundirse hacia el material termorreactivo. A medida que el grafito expandible en el material termorreactivo se expande, la capa adicional termoestable puede mantener el material termorreactivo en expansión en su lugar para facilitar la absorción de la masa fundida de la capa fundible.
La capa adicional puede ser una capa textil, una capa textil termoestable o una combinación de las mismas. Como se ha descrito anteriormente, los productos textiles pueden ser productos textiles tejidos, de punto, no tejidos o combinaciones de los mismos. Entre los ejemplos de productos textiles termoestables se incluyen, aunque sin limitación, una aramida, algodón resistente a las llamas, algodón, lino, cupro, acetato, triacetato, lana, viscosa, polibencimidazol (PBI), polibenzoxazol (PBO), rayón FR, modacrilo, mezcla de modacrilo/algodón, poliamina, fibra de vidrio, poliacrilonitrilo, politetrafluoroetileno o una combinación de los mismos.
La capa adicional puede ser una capa fundible. La capa adicional fundible puede ser un producto textil fundible que comprende uno o más de los siguientes: un material tejido, de punto, no tejido, o una combinación de los mismos. La capa adicional puede ser un producto textil multicapa fundible que comprende uno o más de los tejidos, tejidos de punto y/o productos textiles no tejidos. El producto textil utilizado para la capa adicional fundible puede comprender uno o más de los siguientes: poliamidas, por ejemplo, nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno, elastano. La capa adicional fundible puede ser una poliamida o un poliéster. La capa adicional fundible puede ser una mezcla o una combinación de poliamidas, por ejemplo, nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno y/o elastano.
La capa fundible adicional puede comprender más de un producto textil fundible. Por ejemplo, la capa adicional fundible puede comprender una combinación de dos o más de nailon, nailon 6, nailon 6,6, poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno, poliuretano, poliolefina, polietileno, elastano y polipropileno.
La capa adicional puede ser un producto textil no fundible, tal como el algodón. La capa adicional puede ser un producto textil no fundible que comprende fibras fundibles. Por ejemplo, la capa adicional puede ser un producto textil que comprende algodón y polietilentereftalato (PET). La capa adicional puede ser un producto textil que comprende algodón y poliamida (PA). La capa adicional puede ser un producto textil que comprende PET y viscosa.
La capa adicional puede ser una película fundible en donde la película fundible puede ser una película microporosa o no porosa. La película fundible puede ser una película no porosa e impermeable a los gases y puede ser una película fundible continua que cubra, por ejemplo, la totalidad o parte de un artículo o prenda. La película continua fundible no puede permitir que penetren sustancias químicas o materiales biológicos desde la superficie del artículo de material compuesto hasta el usuario. La película fundible puede ser una sola capa de película o una película multicapa. En un artículo de material compuesto resistente a las llamas, la película fundible puede ser una poliolefina microporosa, un poliéster microporoso o un poliuretano microporoso.
La película fundible puede comprender poliolefina, polietileno, polipropileno, etil vinil alcohol (EVOH), etilvinilacetato (EVAc), cloruro de polivinilo (PVC), cloruro de polivinilideno (PVdC), fluoruro de polivinilo, fluoruro de polivinilideno, fluoropolímeros, poliuretano, poliésteres, poliamidas, poliéteres, poliacrilatos y polimetacrilatos, copolieterésteres o copolímeros o laminados multicapa de los mismos.
El material compuesto textil puede usarse en prendas para trabajadores en entornos peligrosos. El material compuesto textil puede presentar una o más de las siguientes propiedades: transpirable, impermeable, resistente al fuego, ligero, flexible y cómodo de llevar.
El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 240 gramos por metro cuadrado (g/m2). El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 200 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 180 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 165 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 150 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 125 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 100 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 90 g/m2.
El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 95 a aproximadamente 240 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 110 a aproximadamente 240 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 125 a aproximadamente 240 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 140 a aproximadamente 240 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 165 a aproximadamente 240 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso<en el intervalo de aproximadamente>180<a aproximadamente 240 g/m2.>
El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 115 a aproximadamente 160 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 95 a aproximadamente 150 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 165 a aproximadamente 190 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 135 a aproximadamente 175 g/m2. El material compuesto textil puede tener un peso en el intervalo de aproximadamente 85 a aproximadamente 100 g/m2. Todas las mediciones de peso se realizan según la norma DIN EN 12127 (1997/12).
La capa adicional puede estar dispuesta sobre el material termorreactivo, de modo que el material termorreactivo esté dispuesto entre la capa fundible y la capa adicional. La capa adicional puede fijarse o unirse mediante el material termorreactivo a la cara interna de la capa fundible del material compuesto textil. En uso, la cara exterior de la capa fundible puede estar orientada para entrar en contacto con la llama o fuente de calor.
La capa fundible combinada, el material termorreactivo y la capa adicional pueden unirse o adherirse por presión. Por ejemplo, puede aplicarse presión entre el punto de contacto de dos rodillos a la capa fundible combinada, al material termorreactivo y a la capa adicional.
La capa fundible combinada, el material termorreactivo y la capa adicional pueden secarse y curarse mediante la aplicación de calor. La temperatura debe ser suficientemente alta para evaporar la mayor parte del agua de la resina acrílica acuosa y al menos una parte de los compuestos volátiles que puedan estar presentes, pero debe ser lo suficientemente baja para que el grafito expandible no comience a expandirse. La temperatura de calentamiento puede estar entre 60 °C y 180 °C. La temperatura de calentamiento para evaporar la mayor parte del agua de la resina acrílica acuosa puede estar entre aproximadamente 80 a aproximadamente 100 °C. La etapa de calentamiento puede realizarse mediante uno o más rodillos calentados, en donde el rodillo o rodillos calentados pueden servir para proporcionar calor a fin de expulsar el agua y/o los compuestos volátiles y, opcionalmente, para curar o reticular la resina acrílica acuosa y para proporcionar presión a fin de crear una mejor unión entre la capa fundible y la capa adicional.
El método puede comprender además la etapa de aplicar presión al material compuesto textil para formar un laminado.
El material termorreactivo puede comprender una resina acrílica acuosa. Sin desear quedar ligado a teoría alguna, el uso de una resina acrílica acuosa como resina polimérica puede reducir el peso total del material compuesto textil tras la etapa de calentamiento en la que se elimina al menos una parte del agua. Sin embargo, la cantidad reducida de material termorreactivo puede limitar las resistencias del material compuesto textil. La solución es una mezcla mejorada de los componentes del material termorreactivo, en particular un compuesto polihidroxi añadido, al tiempo que se disminuye la cantidad de aditivos FR y la cantidad de grafito expandible. La ventaja añadida es una resistencia a las llamas (rendimiento de residuo de carbón) mejorada y una procesabilidad mejorada. Normalmente, un residuo de carbón es una costra relativamente ligera que se forma después de que el material compuesto textil haya estado expuesto a una fuente de calor o llama, es decir, tras la pirólisis de la capa fundible y la expansión del grafito expandible, y puede actuar como capa aislante, protegiendo al usuario de al menos una parte del calor. El residuo de carbón tiene muy poca integridad estructural y puede desprenderse fácilmente del material compuesto textil cuando este se flexiona o se mueve. Se ha descubierto sorprendentemente que la adición de un compuesto polihidroxi, normalmente considerado como una fuente de combustible para una llama, al material termorreactivo da como resultado un residuo de carbón que tiene una integridad estructural relativamente mayor en comparación con la misma composición termorreactiva sin el compuesto polihidroxi. La integridad estructural mejorada del residuo de carbón permite que este permanezca en la prenda, permitiendo al usuario más tiempo para escapar del calor y de la llama incidente. En una realización, se describe en el presente documento un material compuesto textil con una llama residual inferior a 2 segundos.
El material compuesto textil puede tener una llama residual igual o inferior a aproximadamente 2 segundos cuando se somete a prueba según la norma de prueba DIN EN 15025A (abril de 2017). El material compuesto textil puede tener una llama residual igual o inferior a aproximadamente 1,5 segundos cuando se somete a prueba según la norma de prueba DIN EN 15025A. El material compuesto textil puede tener una llama residual igual o inferior a aproximadamente 1 segundo cuando se somete a prueba según la norma de prueba DIN EN 15025A. El material compuesto textil puede tener una llama residual igual o inferior a aproximadamente 0,5 segundos cuando se somete a prueba según la norma de prueba DIN EN 15025A. Tras la exposición de un lado exterior de la capa fundible a una llama, la capa fundible provista de una capa de material termorreactivo puede tener una llama residual igual o inferior a aproximadamente 2 segundos, cuando se somete a prueba según la norma de prueba DIN EN 15025A. Al usarla, la capa fundible puede encogerse lejos de las llamas.
Se puede incorporar elasticidad al material compuesto textil, lo que puede aumentar la comodidad de una prenda que comprende el material compuesto textil. El estiramiento unidireccional puede incorporarse, por ejemplo, siguiendo la divulgación del documento WO 2018/067529, titulado "Stretchable laminates", presentado a nombre de W.L. Gore & Associates, Inc. Como se utiliza en el presente documento, estiramiento en un sentido significa que el material compuesto textil tiene elasticidad recuperable en una de las direcciones de la máquina o transversalmente, pero normalmente no en ambas. Se conocen en la técnica otros métodos para incorporar elasticidad a los materiales compuestos textiles, especialmente los que contienen una o más capas que no son intrínsecamente elásticas. Algunos ejemplos adecuados pueden incluir, por ejemplo, las enseñanzas del documento EP1852253, titulado "Stretch composite film and composite fabric and processes for production of them", a nombre de W.L. Gore and Associates.
El material compuesto textil puede usarse para producir una prenda. Cuando el material compuesto textil se utiliza para producir una prenda de vestir, el material compuesto textil puede estar orientado de manera que la capa fundible esté expuesta a la zona exterior de la prenda y la capa adicional esté situada frente a la capa fundible, es decir, la capa adicional esté orientada hacia el usuario.
El material compuesto textil proporciona excelentes prendas de protección ligeras que pueden proteger al usuario contra las quemaduras. Cuando el material compuesto textil se expone a las llamas, el material compuesto textil puede sufrir cambios estructurales para proteger al usuario de lesiones. La capa fundible puede fundirse mientras el material termorreactivo se expande, absorbiendo la energía calorífica y el producto textil fundible, para evitar que la capa fundible se queme y gotee sobre el usuario. La combinación de la fusión de la capa fundible y la expansión del material termorreactivo puede permitir obtener un material compuesto textil ligero capaz de proporcionar una comodidad excelente al usuario y, al mismo tiempo, protegerle de las quemaduras.
Debe entenderse que las características adicionales divulgadas en relación con cada aspecto o realización corresponden a características adicionales de cada otro aspecto o realización de la invención. Por ejemplo, el método puede incluir tales etapas para fabricar un material laminar de acuerdo con el primer aspecto y de tal manera puede incluir cualquier preparación de material, recubrimiento, o métodos de fabricación divulgados en conexión con el mismo. Además, la invención se extiende a cualquier estructura laminar obtenible mediante los métodos divulgados en el presente documento.
Los ejemplos anteriores son solo eso y no deben leerse como limitantes o que restringen de otro modo el alcance de cualquiera de los conceptos inventivos proporcionados por la presente divulgación. Si bien se divulgan múltiples ejemplos, otras realizaciones más resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, que muestra y describe ejemplos ilustrativos. En consecuencia, los dibujos y la descripción detallada deben considerarse de naturaleza ilustrativa en lugar de restrictiva.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los dibujos adjuntos se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de la divulgación y se incorporan y constituyen parte de esta memoria descriptiva, ilustran realizaciones y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la divulgación.
La Figura 1 es una ilustración esquemática de una vista en sección transversal de una realización del material compuesto textil del presente documento;
La Figura 2 es una ilustración esquemática de una vista en sección transversal de otra realización de un material compuesto textil descrito en el presente documento;
La Figura 3 es una ilustración esquemática de una vista en sección transversal de otra realización de un material compuesto textil descrito en el presente documento;
La Figura 4 es una ilustración esquemática de un material termorreactivo aplicado en un patrón de rejilla; y
La Figura 5 es una ilustración esquemática de un material termorreactivo aplicado en un patrón de puntos discretos.
La Figura 6 es una ilustración esquemática de una chaqueta que incluye un material compuesto textil como se describe en el presente documento.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Definiciones y terminología
No se pretende que esta divulgación se lea de manera restrictiva. Por ejemplo, la terminología usada en la solicitud debe leerse de manera amplia en el contexto del significado que aquellos en el campo atribuirían a tal terminología.
Con respecto a la terminología de inexactitud, los términos "cerca de" y "aproximadamente" pueden utilizarse, indistintamente, para referirse a una medición que incluye la medición declarada y que también incluye cualquier medición que esté razonablemente cerca de la medición declarada. Las mediciones que se aproximan razonablemente a la medición indicada se desvían de la medición indicada en una cantidad razonablemente pequeña, tal y como entienden y determinan fácilmente las personas familiarizadas con las materias pertinentes. Dichas desviaciones pueden ser atribuibles a errores de medición, diferencias en la calibración de los equipos de medición y/o fabricación, errores humanos en la lectura y/o ajuste de las mediciones, pequeños ajustes realizados para optimizar el rendimiento y/o los parámetros estructurales en vista de las diferencias en las mediciones asociadas a otros componentes, escenarios de implementación particulares, ajuste y/o manipulación imprecisos de objetos por parte de una persona o máquina, y/o similares, por ejemplo. En el caso de que se determine que las personas familiarizadas con las materias pertinentes no determinarían fácilmente los valores de tales diferencias razonablemente pequeñas, los términos "cerca de" y "aproximadamente" pueden entenderse como más o menos el 10 % del valor indicado.
Descripción de diversas realizaciones
Los expertos en la materia apreciarán sin problemas que varios aspectos de la presente divulgación pueden realizarse mediante cualquier número de métodos y aparatos configurados para llevar a cabo las funciones previstas. También debe tenerse en cuenta que las figuras de los dibujos adjuntos, a las que se hace referencia en el presente documento, no están necesariamente dibujadas a escala, sino que pueden estar exageradas para ilustrar diversos aspectos de la presente divulgación y, en ese sentido, las figuras de los dibujos no deben considerarse como limitativas.
A efectos de la presente divulgación, el término "resistente a las llamas", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a un producto textil o material compuesto textil que presenta una llama residual inferior a aproximadamente 2 segundos cuando se somete a la norma de prueba DIN EN 15025A.
A efectos de la presente divulgación, el término "inflamable", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a los productos textiles que tienen una llama residual superior a dos segundos cuando se someten a prueba de acuerdo con el Prueba de llama horizontal (norma DIN EN ISO 15025A) para productos textiles, tal como se presenta en el presente documento.
A efectos de la presente divulgación, el término "laminado", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a al menos dos capas individuales, que están unidas mediante un adhesivo o de otro modo.
A efectos de la presente divulgación, el término "fundible", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a un producto textil o material compuesto textil que se funde cuando se somete a prueba de acuerdo con la Prueba de fundición y estabilidad térmica, como se presenta en el presente documento.
A efectos de la presente divulgación, el término "no inflamable", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a productos textiles que tienen una llama residual inferior o igual a dos segundos cuando se someten a prueba de acuerdo con la Prueba de llama horizontal (norma DIN EN ISO 15025A) para productos textiles, tal como se presenta en el presente documento.
A efectos de la presente divulgación, el término "textil", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a un material textil hecho de fibras, filamentos, hilos que comprenden fibras y/o filamentos o una combinación de los mismos. En particular, el término "textil", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a una estructura fabricada en forma de lámina (por ejemplo, de punto, tejida o no tejida) que comprende fibras, filamentos y/o hilos.
A efectos de la presente divulgación, el término "hueco", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere al espacio/volumen vacío entre zarcillos de grafito expandido.
Los materiales compuestos textiles que tienen una capa fundible, un material termorreactivo y una capa adicional pueden usarse como ropa de protección. La ropa de protección incluye prendas como chaquetas, pantalones, camisas, chalecos, monos, guantes, polainas, capuchas y zapatos.
La ropa de protección debe ser ligera para poder utilizarse ampliamente, sobre todo en los casos en los que el peligro de una llamarada está presente, pero es poco probable. Para reducir el peso del material compuesto textil, hay que reducir el peso de cada capa sin perder propiedades protectoras ni disminuir la transpirabilidad.
Como se describe en el presente documento, una capa cuyo peso puede reducirse es la capa de material termorreactivo. El uso de una resina acrílica acuosa como resina polimérica reduce el peso total del material compuesto textil tras la etapa de calentamiento en la que se elimina al menos una parte del agua. Sin embargo, la cantidad reducida de material termorreactivo puede limitar las resistencias del material compuesto textil. Además, el material termorreactivo puede limitar la estabilidad del proceso, dando como resultado metrajes de producción.
La solución es una mezcla mejorada de los componentes del material termorreactivo, en particular un compuesto polihidroxi añadido, al tiempo que se disminuye la cantidad de aditivos FR y la cantidad de grafito expandible. La ventaja añadida es una resistencia a las llamas (rendimiento de residuo de carbón) mejorada, una procesabilidad mejorada y una imprimibilidad mejorada. En una realización, se describe en el presente documento un material compuesto textil con una llama residual inferior a 2 segundos.
Haciendo referencia a las Figuras 1-2, un material compuesto textil 10 comprende una capa fundible 100; un material termorreactivo 102 que comprende una resina acrílica acuosa, grafito expandible, al menos un aditivo retardante a las llamas y al menos un compuesto polihidroxi; y una capa adicional 108 dispuesta sobre el material termorreactivo 102 o adyacente al mismo. En una realización, el material termorreactivo 102 está dispuesto en un lado interior 104 de la capa fundible 100. Al exponer una cara exterior 106 de la capa fundible 100 a una llama, el material compuesto textil tiene una llama residual inferior a 2 segundos, cuando se somete a prueba según la norma de prueba DIN EN 15025A.
La Figura 3 muestra el material compuesto textil de las Figuras 1-2 en donde el material compuesto textil comprende una segunda capa adicional 120. La segunda capa adicional 120 puede ser una capa textil o una capa de película.
La presente divulgación se refiere a un material compuesto textil que comprende a) una capa fundible, b) un material termorreactivo que comprende una resina polimérica que comprende una resina acrílica acuosa, grafito expandible, al menos un aditivo retardante a las llamas (FR) y al menos un compuesto polihidroxi; y c) una capa adicional dispuesta sobre el material termorreactivo de modo que el material termorreactivo está entre la capa fundible y la capa adicional; en donde el material compuesto textil tiene una llama residual de menos de 2 segundos. Cuando el material compuesto textil se utiliza para producir una prenda, el material compuesto textil se orienta de modo que la capa fundible quede expuesta a la zona exterior de la prenda y la capa adicional se sitúe frente a la capa fundible, es decir, la capa adicional se orienta hacia el usuario. La divulgación también se refiere a realizaciones en donde, cuando la capa fundible se expone a una llama, la combinación de la capa fundible y el material termorreactivo forman un residuo de carbón. En algunas realizaciones, el residuo de carbón comprende una capa carbonosa que se forma después de que se hayan quemado la capa fundible y los materiales poliméricos de los materiales termorreactivos. El residuo de carbón carbonoso tiene un punto de fusión muy alto y proporciona aislamiento a los materiales que se encuentran debajo de este.
El material compuesto textil comprende una capa fundible en donde la capa fundible puede ser una capa textil. La capa fundible puede ser un material tejido, de punto, de punto tricot, no tejido, un material no tejido multicapa o una combinación de los mismos. Los productos textiles adecuados como capa fundible pueden incluir, por ejemplo, poliamidas, por ejemplo, nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno, elastano o una combinación de los mismos. La divulgación también se refiere a cualquiera de las realizaciones anteriores, en donde la capa fundible es una poliamida o un poliéster. En algunas realizaciones, la capa fundible puede ser una sola capa o dos o más capas. En algunas realizaciones, la capa fundible puede ser ligera de peso. Por ejemplo, la capa fundible según cualquiera de las realizaciones anteriores, puede tener un peso igual o inferior a aproximadamente 120 gramos por metro cuadrado (g/m2), igual o inferior a aproximadamente 110 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 100 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 90 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 80 g/m2, igual o inferior a 70 g/m2, igual o inferior a 60 g/m2, igual o inferior a 50 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 45 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 40 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 35 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 30 g/m2, igual o inferior a aproximadamente 25 g/m2, o igual o inferior a aproximadamente 20 g/m2. Todas las mediciones de peso se realizan según la norma DIN EN 12127 (1997/12).
En algunas realizaciones, la capa fundible 100 puede comprender uno o más de los siguientes materiales: un material tejido, un material de punto, un material no tejido o una combinación de los mismos. La capa fundible puede ser un producto textil multicapa que comprende uno o más de los tejidos, tejidos de punto y/o productos textiles no tejidos. El producto textil utilizado para la capa fundible puede comprender uno o más de los siguientes: poliamidas, por ejemplo, nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno, elastano o una combinación de los mismos. La capa fundible puede ser una poliamida o un poliéster. La fundible puede ser una mezcla o una combinación de poliamidas, por ejemplo, nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno y/o elastano. En algunas realizaciones, la capa fundible 100 puede ser un producto textil fundible y no inflamable. Entre los productos textiles fundibles, no inflamables, se incluyen, por ejemplo, los poliésteres modificados con fosfonatos (tales como los materiales vendidos bajo el nombre comercial TREVIRA® CS y AVORA® FR). Algunos productos textiles fundibles y no inflamables no están normalmente previstos para usar en laminados resistentes a las llamas destinados a prendas porque, cuando se constriñen en forma de laminado tradicional, el producto textil no puede encogerse fácilmente lejos de las llamas, dando como resultado una combustión continua. Sin embargo, se ha descubierto que cuando el material compuesto textil comprende además la capa adicional 108 y un material termorreactivo 102 entre las capas, los materiales compuestos textiles pueden usarse en aplicaciones de laminados resistentes a las llamas.
En algunas realizaciones, la capa fundible 100 comprende más de un producto textil fundible. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la capa fundible 100 comprende una combinación de dos o más de nailon, nailon 6, nailon 6,6; poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno; poliuretano; poliolefina, polietileno, polipropileno, elastano. En otras realizaciones, la capa fundible es un producto textil multicapa que comprende dos o más telas de punto, tejidas o no tejidas. Cada una de las capas del producto textil multicapa puede ser un producto textil fundible y los productos textiles se superponen entre sí. Si se utiliza un producto textil multicapa como capa exterior fundible, cada una de las capas fundibles puede elegirse independientemente entre sí.
En algunas realizaciones, la capa fundible puede incluir uno o más tratamientos para mejorar las propiedades del material compuesto textil. Por ejemplo, la capa exterior fundible puede tener un tratamiento hidrófobo para ayudar a disminuir la absorción de agua del material compuesto textil. Los tratamientos hidrófobos adecuados pueden incluir tratamientos fluoroquímicos y/o tratamientos a base de silicona. La capa exterior fundible puede tener aplicado un tratamiento insecticida o repelente de insectos, por ejemplo, permetrina o DEET En otras realizaciones, la capa exterior fundible puede incluir tratamientos hidrófilos u oleófobos con el fin de impartir al material compuesto textil las propiedades de absorción de agua o de repelencia a la suciedad deseadas. Dichos tratamientos pueden aplicarse a la capa exterior fundible antes de la formación del material compuesto textil o pueden aplicarse después de la formación del material compuesto textil.
El material compuesto textil comprende también un material termorreactivo, en donde el material termorreactivo comprende o consiste prácticamente en una resina acrílica acuosa, grafito expandible, un aditivo retardante a las llamas (FR) y al menos un compuesto polihidroxi. Tal como se utiliza en este contexto, "consiste prácticamente en" significa que el material termorreactivo incluye los materiales enumerados y menos o igual al 10 % (o menos o igual al 5 % o menos o igual al 4 % o menos o igual al 3 % o menos o igual al 2 % o menos o igual al 1 %) en peso de cualquier otro material que pueda afectar materialmente a la composición. Los porcentajes en peso se basan en el peso total del material termorreactivo menos los volátiles que puedan estar presentes, por ejemplo, agua u otras moléculas orgánicas que puedan evaporarse durante el proceso de secado y curado.
En algunas realizaciones, el polímero acrílico es una resina acrílica acuosa. En algunas realizaciones, la resina acrílica acuosa incluye unidades de repetición de acrilamida. En algunas realizaciones, la resina acrílica acuosa incluye unidades de repetición de N-metilol acrilamida. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la resina acrílica acuosa es una resina de polímero acrílico a base de agua y contiene unidades de repetición de N-metilol acrilamida tal como, por ejemplo, EDOLAN® AM disponible en Tanatex Chemicals B.V., Ede, Países Bajos.
La resina acrílica acuosa puede ser una resina termoplástica - en una realización una resina acrílica acuosa autorreticulable y en otra realización una resina acrílica acuosa no reticulada. En otras realizaciones, el material termorreactivo comprende además un reticulante para formar una resina acrílica acuosa reticulada. En otras realizaciones, el material termorreactivo comprende una resina acrílica acuosa autorreticulada y un reticulante. El reticulante adicional puede contribuir a mejorar la unión entre la capa fundible y la capa adicional. Por lo tanto, en algunas realizaciones, el material termorreactivo comprende o consiste prácticamente en la resina acrílica acuosa, grafito expandible, al menos un aditivo FR, al menos un compuesto polihidroxi y un agente reticulante. Los agentes reticulantes adecuados pueden incluir, por ejemplo, uno o más de los siguientes: agentes reticulantes a base de poliisocianato, agentes reticulantes a base de poliisocianato bloqueado. Otros agentes reticulantes adecuados son los siguientes materiales: N-metoximetilmelamina, metilolmelamina, carbodiimida, policarbodiimida, isocianato, poliisocianato, diaminocarbamato, reticulante de propilenimina dependiendo de su construcción química, propilenimina, propilenimina alifática, derivados aromáticos de propilenimina, productos de reacción entre acrilatos polifuncionales y propilenimina, reticulante de bisamida (ciclo)alifática o una combinación de los mismos. Si se usan, los agentes reticulantes se usan normalmente en una cantidad inferior o igual a aproximadamente el 10%en peso, basándose en el peso total de la resina acrílica acuosa y el agente reticulante. En otras realizaciones, el agente reticulante está presente en un valor igual o inferior a aproximadamente el 8 %, o igual o inferior a aproximadamente el 6 %, o igual o inferior a aproximadamente el 5 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 4 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 3 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 2 % en peso, o igual o inferior a aproximadamente el 1 % en peso, en donde todos los porcentajes en peso se basan en el peso total de la resina acrílica acuosa y el agente reticulante.
Las resinas acrílicas acuosas que tienen una temperatura de fusión o ablandamiento inferior a 280 °C pueden usarse en las realizaciones divulgadas. En algunas realizaciones, las resinas acrílicas acuosas son deformables para permitir que el grafito expandible se expanda sustancialmente tras la exposición al calor a 300 °C o menos, o a 280 °C o menos. Las resinas acrílicas acuosas adecuadas en el material termorreactivo permiten que el grafito expandible se expanda suficientemente a temperaturas inferiores a la temperatura de pirólisis del producto textil exterior fundible. En algunas realizaciones, las propiedades viscoelásticas de la resina acrílica acuosa durante la exposición al calor pueden permitir la expansión del grafito expandible y mantener la integridad estructural del material termorreactivo tras la expansión del grafito expandible.
En algunas realizaciones, el material termorreactivo no incluye silicona ni compuestos que contengan silicio. En otras realizaciones, el material termorreactivo está exento o prácticamente exento de silicona. Como se utiliza en el presente documento, "prácticamente exento de silicona" comprende que el material termorreactivo es inferior o igual al 5 % en peso de compuestos que contienen silicona, o inferior o igual al 4 % o inferior o igual al 3 % o inferior o igual al 2 % o inferior o igual al 1 % en peso de compuestos que contienen silicona. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total del material termorreactivo.
El material termorreactivo puede estar exento o prácticamente exento de fibras de vidrio. Se conoce el uso de fibras de vidrio junto con compuestos que contienen fósforo para formar un residuo de carbón relativamente duro y estable tras la pirólisis de una resina polimérica. No es necesario utilizar fibras de vidrio para ayudar a estabilizar un residuo de carbón formado por el material termorreactivo descrito en el presente documento. Los polihidroxi estabilizan el residuo de carbón como fibras de vidrio al igual que las fibras de vidrio. Como se utiliza en el presente documento, "esencialmente exento de fibras de vidrio" comprende que el material termorreactivo puede comprender igual o menos de aproximadamente el 5 % en peso de fibras de vidrio, o igual o menos de aproximadamente el 4 %, o igual o menos de aproximadamente el 3 %, o igual o menos de aproximadamente el 2 %, o igual o menos de aproximadamente el 1 % en peso de fibras de vidrio. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total del material termorreactivo.
Una ventaja del uso de resinas acrílicas acuosas en el material termorreactivo 102, es que el material compuesto textil 10 tiene una impresión reducida en comparación con, por ejemplo, los materiales compuestos textiles formados con materiales termorreactivos a base de silicona. Esta reducción del traspaso de impresión da como resultado una óptica visual y durabilidad del color mejoradas para, por ejemplo, la impresión de camuflaje. Además, los materiales compuestos textiles 10 formados con materiales termorreactivos acuosos a base de resina acrílica ofrecen mejores condiciones para tratamientos posteriores como, por ejemplo, tratamientos repelentes al agua, porque la química acrílica reacciona mejor con dichos tratamientos en comparación con las siliconas hidrófobas. En realizaciones, la resina acrílica acuosa puede contener y/o funcionar como adhesivo, por ejemplo, para laminar o unir la capa fundible a la capa adicional.
El material termorreactivo comprende también grafito expandible. En algunas realizaciones, el grafito expandible se expande al menos 900 micrómetros cuando se calienta a aproximadamente 280 °C utilizando la Prueba de expansión mediante TMA descrita en el presente documento. Otros grados útiles de grafito expandible se expanden al menos 400 micrómetros cuando se calientan a aproximadamente 240 °C.
El grafito expandible también puede tener tanto una buena expansión, como se ha descrito anteriormente, como una endoterma de al menos 100 julios/gramo (J/g), cuando se somete a prueba según el método de prueba de endoterma en DSC, como se describe en el presente documento. En otras realizaciones, puede ser deseable usar grafito expandible con una endoterma mayor o igual a 150 J/g o mayor o igual a 200 J/g o mayor o igual a 250 J/g. En algunas realizaciones, el grafito expandible adecuado tiene una expansión superior a 900 pm a 280 °C y una endoterma superior o igual a 100 J/g.
El tamaño de las partículas de grafito expandible incorporadas al material termorreactivo puede elegirse de modo que el material termorreactivo pueda aplicarse con el método de aplicación seleccionado. Por ejemplo, cuando el material termorreactivo se aplica mediante técnicas de huecograbado o serigrafía, el tamaño de las partículas de grafito expandible debe ser lo suficientemente pequeño como para caber en las celdas de huecograbado o en las aberturas de serigrafía. En algunas realizaciones, el grafito expandible es el grafito expandible Asbury 3626 disponible en Asbury Carbons, Asbury, Nueva Jersey, EE. UU.
Como se ha indicado anteriormente, el material termorreactivo 102 incluye también al menos un aditivo retardante a las llamas (FR). Los ejemplos de aditivos FR que pueden incorporarse al material termorreactivo 102 incluyen, aunque no de forma limitativa, melamina, polifosfato o una combinación de los mismos. En algunas realizaciones, el aditivo FR es polifosfato de melamina. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el material termorreactivo 102 incluye al menos uno de melamina AFLAMMIT® PMN 500, polifosfato de melamina AFLAMMIT® PMN 200 y aditivos AFLAMMIT® PCO 962, todos ellos disponibles en Thor GmbH, Speyer, Alemania.
Además, el material termorreactivo 102 incluye también al menos un compuesto polihidroxi. El compuesto polihidroxi puede tener un peso molecular de menos de aproximadamente 1000 g/mol, de menos de aproximadamente 500 g/mol, de menos de aproximadamente 250 g/mol, o de menos de aproximadamente 100 g/mol. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el compuesto polihidroxi puede ser propano-1,2,3-triol. En otras realizaciones, el compuesto polihidroxi puede ser propano-1,2,3-triol, butano-1,2,3,4-tetrol (eritritol), 2,2-(bishidroximetil)propano-1,3-diol (pentaeritritol), etilenglicol, propilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, neopentilenglicol o una combinación de los mismos.
En algunas realizaciones, la composición termorreactiva incluye de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 90 por ciento en peso (% en peso) de resina acrílica acuosa, basándose en el peso total de la composición termorreactiva. En otras realizaciones, la composición termorreactiva incluye de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 76 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 90 % en peso de resina acrílica acuosa, o incluye de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 85 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 76 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 al 90 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 85 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, o de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 76 % en peso de resina acrílica acuosa. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total de la composición termorreactiva.
Basándose en el peso total de la composición termorreactiva, la composición termorreactiva puede comprender una mezcla de grafito expandible y al menos un aditivo FR en el intervalo de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 % en peso de grafito expandible y de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 45 % en peso de aditivo FR. La mezcla de grafito expandible y al menos un aditivo FR puede estar presente en la composición termorreactiva en un intervalo de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 40 % en peso de grafito expandible y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 40 % en peso de aditivo FR, o en un intervalo de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 30 % en peso de grafito expandible y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 25 % en peso de aditivo FR, en donde todos los porcentajes en peso están basados en el peso total de la composición termorreactiva.
Basándose en el peso total de la composición termorreactiva, la composición termorreactiva puede comprender un compuesto polihidroxi en un intervalo de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 20 % en peso, o de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 10% en peso, o de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 7 % en peso.
En algunas realizaciones, la composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 90 % en peso de resina acrílica acuosa y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 50 % en peso de una mezcla del grafito expandible, el aditivo Fr y el compuesto polihidroxi, basándose en el peso total de la composición termorreactiva. La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa y de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 50 % en peso de una mezcla del grafito expandible, el aditivo Fr y el compuesto polihidroxi, basándose en el peso total de la composición termorreactiva. La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 50 a aproximadamente el 75 % en peso de resina acrílica acuosa y de aproximadamente el 25 a aproximadamente el 50 % en peso de una mezcla del grafito expandible, el aditivo Fr y el compuesto polihidroxi, basándose en el peso total de la composición termorreactiva. La composición termorreactiva puede incluir de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de grafito expandible; de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de aditivo retardante a las llamas, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de compuesto polihidroxi, y de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10% en peso de agua, basándose en el peso total de la composición termorreactiva.
En algunas realizaciones, la composición termorreactiva puede comprender aditivos adicionales tales como pigmentos, cargas, antimicrobianos, auxiliares tecnológicos, agentes reticulantes, espesantes, emulsionantes, antiespumantes y estabilizantes. La composición termorreactiva puede contener igual o menos de aproximadamente el 10 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 5 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 4 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 3 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 2 % en peso, o igual o menos de aproximadamente el 1 % en peso de cualquiera de los aditivos opcionales. En algunas realizaciones, la composición termorreactiva puede no contener un emulsionante. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total de la composición termorreactiva.
La composición termorreactiva puede producirse mediante un método que proporcione una mezcla íntima de la resina acrílica acuosa, el grafito expandible, el aditivo FR y el compuesto polihidroxi, sin provocar una expansión sustancial del grafito expandible. En algunas realizaciones, el grafito expandible, el aditivo FR, el compuesto polihidroxi y cualquier aditivo opcional, por ejemplo, agentes reticulantes, pueden mezclarse o fundirse con la resina acrílica acuosa por separado o al mismo tiempo para formar la composición termorreactiva. Los métodos de mezcla incluyen, aunque no de forma limitativa, mezcladores de paletas, mezclado y otras técnicas de mezcla de baja cizalla. En otros métodos, la mezcla íntima de resina acrílica acuosa, partículas de grafito expandible, el aditivo FR y el compuesto polihidroxi se consigue mezclando el grafito expandible, el aditivo FR y el compuesto polihidroxi con una mezcla de monómeros y/o un prepolímero antes de la polimerización de la resina acrílica acuosa. La mezcla de monómeros y/o prepolímeros puede polimerizarse a continuación para producir la composición termorreactiva. En los métodos que proporcionan una mezcla íntima de la resina acrílica acuosa, el al menos un aditivo FR, el al menos un compuesto polihidroxi, las partículas o aglomerados de grafito expandible, el grafito expandible puede ser recubierto o encapsulado por la resina acrílica acuosa antes de la expansión del grafito.
El material compuesto textil comprende también una capa adicional 108. La capa adicional 108 está dispuesta sobre el material termorreactivo, de modo que el material termorreactivo está entre la capa fundible y la capa adicional. En algunas realizaciones, la capa adicional 108 está unida o adherida por el material termorreactivo 102, a la cara interna 104 de la capa fundible 100 del material compuesto textil 10 (tal como se ilustra en la Figura 1), y donde en uso, la cara externa 104 de la capa fundible 100 está orientada para entrar en contacto con la llama o fuente de calor. En algunas realizaciones, la capa adicional 108 puede estar hecha de materiales termoestables. Tras la exposición a la llama, la capa fundible 100 se funde hacia el material termorreactivo 102. A medida que el grafito expandible en el material termorreactivo 102 se expande, la capa adicional termoestable 108 puede mantener el material termorreactivo 102 en expansión en su lugar para facilitar la absorción de la masa fundida de la capa fundible 100.
La capa adicional 108 puede ser una capa textil, una capa textil termoestable o una combinación de las mismas. Como se ha descrito anteriormente, los productos textiles pueden ser productos textiles tejidos, de punto, no tejidos 0 combinaciones de los mismos. Entre los ejemplos de productos textiles termoestables se incluyen, aunque sin limitación, las aramidas, los algodones resistentes a las llamas (FR), los algodones, el PBI, el PBO, el rayón FR, las mezclas de modacrílico, las poliaminas, el carbono, la fibra de vidrio, el PAN y las mezclas y combinaciones de los mismos.
Los materiales compuestos textiles según la divulgación pueden producirse proporcionando la capa fundible 100 y aplicando la composición termorreactiva a un lado 104 de la capa fundible 100, como se ejemplifica en las Figuras 1 y 2. La capa adicional 108 puede aplicarse a continuación a la composición termorreactiva. A continuación, la capa fundible combinada, la composición termorreactiva y la capa adicional pueden secarse y, opcionalmente, curarse mediante la aplicación de calor. La temperatura debe ser suficientemente alta para evaporar al menos una parte de la fase acuosa de la resina acrílica acuosa y al menos una parte de los compuestos volátiles que puedan estar presentes, pero debe ser lo suficientemente baja para que el grafito expandible no comience a expandirse. En algunas realizaciones, la etapa de calentamiento puede realizarse mediante uno o más rodillos calentados, en donde el rodillo o rodillos calentados pueden servir para proporcionar calor con el fin de expulsar el agua y, opcionalmente, curar o reticular la resina acrílica acuosa y para proporcionar presión con el fin de crear una mejor unión entre la capa fundible y la capa adicional.
En otras realizaciones, un método de formación del material compuesto textil 10 puede comprender a) proporcionar una capa fundible 100 y una capa adicional 108; b) aplicar una composición termorreactiva a la capa fundible, a la capa adicional o a ambas, en donde la composición termorreactiva comprende una resina polimérica que comprende resina acrílica acuosa, grafito expandible y un aditivo FR; c) adherir la capa fundible y la capa adicional con la composición termorreactiva intercalada entre las dos capas para formar un laminado; y d) calentar el laminado hasta una temperatura suficiente para eliminar al menos una parte del agua de la resina acrílica acuosa y, opcionalmente, reticular la resina acrílica acuosa.
La composición termorreactiva puede aplicarse como una capa continua, tal como se representa en la Figura 2, o, cuando se desee una mayor permeabilidad al aire, permeabilidad al vapor de agua y/o manejabilidad, la composición termorreactiva puede aplicarse discontinuamente para formar una capa de composición termorreactiva que tenga una cobertura de superficie inferior al 100 %, tal como se representa en la Figura 1.
En otras realizaciones, un método de formación del material compuesto textil 10 puede comprender a) proporcionar una capa fundible 100 y una capa adicional 108; b) aplicar una composición termorreactiva en un patrón discontinuo a la capa fundible, la capa adicional o ambas, en donde la composición termorreactiva comprende una resina polimérica que comprende resina acrílica acuosa, grafito expandible, un aditivo FR y un compuesto polihidroxi; c) adherir la capa fundible y la capa adicional con la composición termorreactiva intercalada entre las dos capas para formar un laminado; y d) calentar el laminado hasta una temperatura suficiente para eliminar al menos una parte del agua de la resina acrílica acuosa y, opcionalmente, reticular la resina acrílica acuosa. Una aplicación discontinua puede proporcionar una cobertura de superficie inferior al 100% mediante formas que incluyen, aunque no de forma limitativa, puntos, cuadrículas, líneas y combinaciones de los mismos. Las Figuras 4 y 5 ilustran ejemplos en los que la capa de composición termorreactiva se proporciona en patrones de puntos 122 y líneas 124 a medida que la composición termorreactiva se aplica discontinuamente a, por ejemplo, el lado interior 104 de la capa fundible 100. Tal como se utiliza en el presente documento, el término "punto" se refiere a cualquier forma que puede ser discreta, por ejemplo, un círculo, un cuadrado, un rectángulo, un polígono o una combinación de los mismos. Las líneas pueden tener forma recta, ondulada, curva o mezclas de los mismos. Dependiendo del patrón, los puntos y las líneas pueden estar más cerca o más lejos unos de otros. En una realización, como se muestra en la Figura 4, las líneas 124 están dispuestas en forma de rejilla continua.
En algunas realizaciones con cobertura discontinua, la distancia promedio entre zonas adyacentes del patrón discontinuo es menor que el tamaño de una llama incidente. En otras realizaciones, la distancia promedio entre puntos o líneas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 200 micrómetros y 10 milímetros (mm). En otras realizaciones, la distancia promedio entre puntos o líneas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 0,25 mm y 10 mm. En otras realizaciones, la distancia promedio entre puntos o líneas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 1 mm y 10 mm. En otras realizaciones, la distancia promedio entre puntos o líneas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 4 mm y 10 mm. Como se utiliza en el presente documento, la distancia entre puntos o líneas adyacentes significa la distancia promedio entre los bordes adyacentes de dos puntos o líneas adyacentes. La distancia promedio también significa el promedio basado en la distancia de borde a borde de al menos 10 pares diferentes de puntos o líneas.
En algunas realizaciones, la distancia promedio entre zonas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 600 micrómetros y 7,5 mm. En otras realizaciones, la distancia promedio entre áreas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 600 micrómetros y 4,5 mm. En otras realizaciones, la distancia promedio entre áreas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 600 micrómetros y 1 mm. En otras realizaciones, la distancia promedio entre áreas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 600 micrómetros y 0,75 mm. En algunas realizaciones, la distancia promedio entre áreas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 600 micrómetros y 2,5 mm. En otras realizaciones, la distancia promedio entre áreas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 600 micrómetros y 1,2 mm. En otras realizaciones, la distancia promedio entre áreas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 600 micrómetros y 600 micrómetros. En otras realizaciones, la distancia promedio entre zonas adyacentes del patrón discontinuo puede estar entre 1 mm y 2 mm.
En ejemplos de realización en las que se utiliza un patrón de puntos discontinuos, los puntos tienen un diámetro en el intervalo de mayor o igual a 0,8 mm a 5 mm. En otras realizaciones, los puntos tienen un diámetro en el intervalo de 0,9 mm a 4,5 mm. En otras realizaciones, los puntos tienen un diámetro en el intervalo de 1,0 mm a 4,0 mm. En otras realizaciones, los puntos tienen un diámetro en el intervalo de 1,0 mm a 3,5 mm. En otras realizaciones, los puntos tienen un diámetro en el intervalo de 1,0 a 3,0 mm. En otras realizaciones, los puntos tienen un diámetro en el intervalo de 1,0 mm a 2,5 mm.
En realizaciones en las que propiedades como la manejabilidad, la transpirabilidad y/o el peso textil son importantes, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo de mayor o igual al 20% al 100% del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 25 % al 80 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 25 % al 75 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 25 % al 55 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 25 % al 40 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 25 % al 35 % del área superficial de la capa fundible 100.
En algunas realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 30% al 100% del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 45% al 100 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 55% al 100% del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 65 % al 100 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 70 % al 100 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 95 % al 100 % del área superficial de la capa fundible 100.
En algunas realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 30 % al 70 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 45% al 65 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 25% al 50% del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 65 % al 90 % del área superficial de la capa fundible 100. En otras realizaciones, el material termorreactivo 102 cubre en el intervalo del 70 % al 80 % del área superficial de la capa fundible 100.
Los métodos para conseguir una cobertura inferior al 100%comprenden la aplicación de la composición termorreactiva aplicando o imprimiendo la mezcla sobre una superficie de la capa fundible o de la capa adicional o de ambas mediante, por ejemplo, serigrafía, serigrafía rotativa, huecograbado, recubrimiento por pulverización o dispersión o recubrimiento por cuchilla. En algunas realizaciones, la serigrafía o la serigrafía rotativa de la composición termorreactiva puede permitir una disposición relativamente mayor (en comparación con la disposición que puede conseguirse con un rodillo de huecograbado) y un porcentaje de cobertura de área bajo que puede permitir una permeabilidad al aire relativamente alta del material compuesto textil. Utilizando este método, se puede aumentar el grosor de las pantallas porque la composición termorreactiva incluye agua. Sin embargo, después de la impresión, al menos una parte del agua se eliminará (p. ej., se evaporará) del material termorreactivo utilizando una fuente de calor, por ejemplo, un horno o un rodillo calentado. Debido a que el agua se elimina del material termorreactivo 102 durante el calentamiento, la masa del material termorreactivo 102 se reduce, en algunas realizaciones, dando como resultado un material compuesto textil 10 más ligero. En algunas realizaciones, debido a la eliminación de al menos una parte del agua, la masa del material termorreactivo puede reducirse hasta el 20 % o hasta el 25 % o hasta el 30 % o hasta el 35 % o hasta el 40 % o hasta el 45 %, en comparación con la masa de la composición termorreactiva antes de la eliminación del agua.
La composición termorreactiva puede aplicarse en otras formas además de puntos, líneas o cuadrículas. Otros métodos para aplicar la composición termorreactiva pueden incluir la impresión en huecograbado, o el recubrimiento por pulverización o dispersión o el recubrimiento por cuchilla, siempre que la composición termorreactiva pueda aplicarse de manera que se consigan las propiedades deseadas tras la exposición al calor o a la llama.
En algunas realizaciones, tras la exposición del material compuesto textil a las llamas y/o al calor, por ejemplo, a una temperatura mayor o igual a 280 °C, la capa fundible comienza a fundirse y la masa fundida se mezcla con el material termorreactivo, especialmente con el grafito en expansión. Este proceso también puede formar un residuo de carbón comprendido por la capa fundible y el material termorreactivo. En algunas realizaciones, el residuo de carbón resultante de la exposición de la capa fundible y del material termorreactivo al calor y/o a altas temperaturas, por ejemplo, superiores o iguales a 280 °C, es una mezcla fundible heterogénea que comprende al menos la capa fundible y el grafito expandible expandido. Un residuo de carbón, según esta divulgación, pretende referirse al material carbonoso que queda después de exponer la capa fundible y el material termorreactivo hasta una temperatura mayor o igual a 280 °C. A temperaturas superiores o iguales a 280 °C, una o ambas capas fundibles y la resina acrílica acuosa pueden también oxidarse o participar en el proceso de combustión formando material carbonoso adicional que pasa a formar parte del residuo de carbón. La formación del residuo de carbón puede ayudar a aislar las capas inferiores del residuo de carbón de la exposición al calor.
En algunas realizaciones, el material termorreactivo 102, al expandirse, forma una pluralidad de zarcillos que comprenden grafito expandido. Durante el proceso de expansión, el volumen total del material termorreactivo 102 aumenta significativamente en comparación con la misma mezcla antes de la expansión. En una realización, el volumen del material termorreactivo 102 aumenta al menos cinco veces tras la expansión. En otra realización, el volumen del material termorreactivo 102 aumenta al menos seis veces tras la expansión. En otra realización, el volumen del material termorreactivo 102 aumenta al menos siete veces tras la expansión. En otra realización, el volumen del material termorreactivo 102 aumenta al menos ocho veces tras la expansión. En otra realización, el volumen del material termorreactivo 102 aumenta al menos nueve veces tras la expansión. En otra realización, el volumen del material termorreactivo 102 aumenta al menos diez veces tras la expansión.
En realizaciones en las que el material compuesto textil 10 comprende una capa fundible 100, una capa adicional 108 y el material termorreactivo 102 se aplica en un patrón de formas discontinuas, el material termorreactivo 102 se expande formando zarcillos que se empaquetan sueltos después de la expansión creando huecos entre los zarcillos, así como espacio entre el patrón del material termorreactivo 102 expandido. Al exponerse a la llama, la capa fundible 100 se funde y generalmente se aleja de las zonas abiertas entre las formas discontinuas del material termorreactivo 102. La capa adicional termoestable 108 soporta el material termorreactivo 102 durante la expansión y la masa fundida de la capa fundible 100 es absorbida y retenida por el material termorreactivo 102 en expansión durante la fusión. Al absorber y retener la masa fundida, se pueden formar materiales compuestos textiles 10 que no presentan goteo de masa fundida y se suprime la inflamabilidad. Cuando la capa adicional termoestable 108 soporta el material termorreactivo 102 en expansión durante la absorción de la masa fundida, la capa adicional termoestable 108 puede estar protegida contra la rotura y la abertura y la formación de orificios. El aumento del área superficial del material termorreactivo 102 tras la expansión permite la absorción de la masa fundida de la capa fundible 100 por el material termorreactivo 102 expandido tras la exposición a la llama.
El material compuesto textil 10 descrito en el presente documento presenta propiedades mejoradas debido a la combinación de la capa fundible 100, el material termorreactivo que comprende la resina acrílica acuosa, el grafito expandible y el aditivo FR, y la capa adicional 108. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una llama residual de menos de 2 segundos cuando se somete a prueba su resistencia a las llamas según la Prueba de llama horizontal, descrita en el presente documento. Además, en algunas realizaciones, el material compuesto textil 10 presenta ausencia de goteo de la masa fundida, ausencia de formación de orificios y ausencia de propagación de la llama o del resplandor hacia los bordes de la misma.
Debido a que el material termorreactivo comprende una resina acrílica acuosa en la que posteriormente se elimina el agua, en algunas realizaciones, el material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 Newtons (N). El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 6 a aproximadamente 30 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 30 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 22 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 25 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 22 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 7 a aproximadamente 21 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 22 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 23 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 24 N. El material compuesto textil puede tener una resistencia al pelado en seco en el intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 25 N. Los valores de resistencia al pelado en seco son los medidos en la norma DIN 54310.
En algunas realizaciones, el material compuesto textil 10 se utiliza en prendas para usar en entornos peligrosos, que son transpirables y resistentes a las llamas, a la vez que ligeras, flexibles y cómodas de llevar. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 240 gramos por metro cuadrado (g/m2). En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 200 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 180 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 165 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 150 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 125 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 100 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 80 a 90 g/m2.
En algunas realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 95 a 240 g/m2 En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 110 a 240 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 125 a 240 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 140 a 240 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 150 a 240 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 165 a 240 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 180 a 240 g/m2.
En algunas realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 115 a 160 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 95 a 150 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 165 a 190 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 135 a 175 g/m2. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene un peso en el intervalo de 85 a 100 g/m2. Todas las mediciones de peso se realizan según la norma DIN EN 12127 (1997/12)
Además, en algunas realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire de al menos aproximadamente 50 l/m2s. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 50 a aproximadamente 500 l/m2s. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 100 a aproximadamente 300 l/m2s. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 130 a aproximadamente 170 l/m2s. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 140 a aproximadamente 180 l/m2s. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 150 a aproximadamente 190 l/m2s. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 120 a aproximadamente 150 l/m2s. En otras realizaciones, el material compuesto textil 10 tiene una permeabilidad al aire en el intervalo de aproximadamente 75 a aproximadamente 100 l/m2s.
Los materiales compuestos textiles divulgados que tienen una capa exterior fundible, un material termorreactivo y una capa interior adicional pueden usarse como ropa de protección. La ropa de protección incluye prendas tales como, por ejemplo, una chaqueta 20, representada en la Figura 6, pantalones, camisas, chalecos, monos, así como guantes, polainas, capuchas y zapatos. Cuando se usa en prendas, el material compuesto textil está orientado de manera que la capa fundible está expuesta o posicionada en la zona exterior fuera de la prenda y la capa adicional está posicionada frente al textil fundible.
Sin pretender limitar el alcance de la presente divulgación, los siguientes métodos de prueba y ejemplos ilustran cómo puede realizarse y utilizarse la presente divulgación.
MÉTODOS DE PRUEBA
Debe entenderse que, aunque a continuación se describen métodos y equipos determinados, se pueden utilizar otros métodos o equipo que un experto en la materia considere adecuado.
Prueba de llama horizontal
Las muestras de material textil se sometieron a prueba de conformidad con la norma de prueba DIN EN ISO 15025A (abril de 2017). El producto textil fundible de las muestras se expuso a la llama durante 10 segundos. El tiempo de llama residual se promedió para tres muestras. Los productos textiles con llama residual superior a dos segundos se consideraron inflamables. Los productos textiles que tienen una llama residual inferior a dos segundos se consideran no inflamables.
Se sometió a prueba la resistencia a las llamas de muestras de productos textiles y materiales compuestos textiles de acuerdo con la norma de prueba DIN EN 15025A. Las muestras se expusieron a la llama durante 10 segundos. Los productos textiles y materiales compuestos textiles con llama residual superior a dos (2) segundos no se consideraron resistentes a la llama. Los productos textiles y materiales compuestos textiles con una llama residual inferior a dos (2) segundos se consideran resistentes a las llamas.
Peso
Las mediciones del peso de los materiales compuestos textiles, las capas fundibles y las capas adicionales descritas además se realizaron como se especifica en la norma DIN EN 12127 (diciembre de 1997).
Permeabilidad al aire
La permeabilidad al aire de los materiales compuestos textiles descritos en el presente documento se midió como se especifica en la norma DIN EN ISO 9237 (diciembre de 1995).
Resistencia al pelado en seco
La resistencia al pelado en seco de los materiales compuestos textiles descritos en el presente documento se midió como se especifica en la norma DIN 54310 1980-07.
Disposición en seco
La disposición en seco de los materiales termorreactivos descritos en el presente documento se midió tras el secado y la fijación del material compuesto textil basándose en el peso del material compuesto textil y en el peso de la capa fundible y de la capa adicional.
Prueba de expansión mediante TMA
Se usó el TMA (análisis termomecánico) para medir la expansión de las partículas de grafito expandible. La expansión se sometió a prueba con el instrumento TMA 2940 de TA Instruments. Para sostener la muestra se usó una bandeja de cerámica (alúmina) para TGA, de unos 8 mm de diámetro y 12 mm de altura. Con la sonda de macroexpansión, de unos 6 mm de diámetro, el fondo de la bandeja se estableció en cero. A continuación, se introdujeron en la bandeja copos de grafito expandible (aproximadamente 15 mg) de aproximadamente 0,1-0,3 mm de profundidad, medidos con la sonda de TMA. Se cerró el horno y se midió la altura inicial de la muestra. El horno se calentó de aproximadamente 25 °C a 600 °C a una velocidad de rampa de 10 °C/min. El desplazamiento de la sonda TMA se representó gráficamente en función de la temperatura; el desplazamiento se utilizó como medida de la expansión.
Prueba de expansión en horno
Se calentó un crisol de níquel en un horno caliente a 300 °C durante 2 minutos. Se añadió al crisol una muestra medida (aproximadamente 0,5 gramos) de grafito expandible y se introdujo en el horno caliente a 300 °C durante 3 minutos. Tras el periodo de calentamiento, se retiró el crisol del horno, se dejó enfriar y, a continuación, se transfirió el grafito expandido a un cilindro medidor para medir el volumen expandido. El volumen expandido se dividió por el peso original de la muestra para obtener la expansión en centímetros cúbicos/gramo.
Prueba de endoterma en DSC
Las pruebas se realizaron en un DSC Q2000 de TA instruments utilizando bandejas herméticas Tzero(tm). Para cada muestra, se colocaron aproximadamente 3 miligramos de grafito expandible en la bandeja. La bandeja se ventiló presionando la esquina de una hoja de afeitar en el centro, creando un orificio de aproximadamente 2 milímetros de largo y menos de 1 milímetro de ancho. El DSC se equilibró a 20 °C. A continuación, las muestras se calentaron de 20 °C a 400 °C a 10 °C/minuto. Los valores endotérmicos se obtuvieron a partir de las curvas DSC.
EJEMPLOS
Para realizar los ejemplos se utilizaron los siguientes materiales:
50 % de resina acrílica acuosa EDOLAN® AM que contiene unidades de repetición de N-metilol acrilamida, reticulante EDOLAN® XCI, espesante EDOLAN® XTP, y Emulsionante WN están todos disponibles en Tanatex Chemicals B.V., Ede, Países Bajos. Polifosfato de melamina AFLAMMIT® PMN 200 está disponible en Thor GmbH, Speyer, Alemania. Grafito expandible Asbury 3626, disponible en Asbury Carbons, Asbury, Nueva Jersey, EE. UU.
Preparación del material termorreactivo comparativo 1
Se mezcló una mezcla de 1000 partes en peso (pep) de EDOALN®AM con 40 partes en peso de EDOLAN® XTP, 150 partes en peso de grafito expandible Asbury 3626, 150 partes en peso de retardante a las llamas de melamina PMN 200 y 100 partes en peso de glicerol. A continuación, la mezcla se agitó durante 1 minuto para formar la composición termorreactiva.
Preparación del material termorreactivo comparativo 2
Se mezcló una mezcla de 1000 partes en peso (pep) de EDOALN®AM con 40 partes en peso de EDOLAN® XTP, 150 partes en peso de grafito expandible Asbury 3626, 150 partes en peso de retardante a las llamas de melamina PMN 200, 100 partes en peso de glicerol y 100 partes en peso de agua. A continuación, la mezcla se agitó durante 1 minuto para formar la composición termorreactiva.
Preparación del material termorreactivo comparativo A
Se mezcló una mezcla de 1000 partes en peso (pep) de EDOALN®AM con 40 partes en peso de EDOLAN® XTP, 40 partes en peso EDOLAN®<x>C<i>, 200 partes en peso de grafito expandible Asbury 3626, 200 partes en peso de retardante a las llamas de melamina PMN 200 y 5 partes en peso de emulsionante WN. A continuación, la mezcla se agitó durante 1 minuto para formar la composición termorreactiva.
Preparación del material termorreactivo comparativo B
Se mezcló una mezcla de 1000 partes en peso (pep) de EDOALN®AM con 40 partes en peso de EDOLAN® XTP, 150 partes en peso de grafito expandible Asbury 3626, 150 partes en peso de retardante a las llamas de melamina PMN 200 y 3 partes en peso de emulsionante W n . A continuación, la mezcla se agitó durante 1 minuto para formar la composición termorreactiva.
Preparación del material termorreactivo comparativo C
Se mezcló una mezcla de 1000 partes en peso (pep) de EDOALN®AM con 40 partes en peso de EDOLAN® XTP, 150 partes en peso de grafito expandible Asbury 3626, 150 partes en peso de retardante a las llamas de melamina PMN 200 y 60 partes en peso de emulsionante WN. A continuación, la mezcla se agitó durante 1 minuto para formar la composición termorreactiva.
TABLA 1
(continuación)
Preparación de muestras laminadas
El Producto textil fundible n.° 1 era un tejido 100%de nailon 6,6 con un peso textil de 78±3 gramos por metro cuadrado, y se puede adquirir en Toray Industries, Tokio, Japón.
El Producto textil n.° 2 era una mezcla de 65 % de poliéster y 35 % de algodón con un peso de 76±5 gramos por metro cuadrado y se puede adquirir en Ames Europe, Enschede, Países Bajos.
Preparación del laminado comparativo C
El material termorreactivo C se serigrafió sobre un sustrato de tejido liso 100 % de poliamida (nailon 6,6) con un peso de 78±3 gramos por metro cuadrado, utilizando una pantalla con una profundidad de 250 pm, un tamaño de punto de 1,3 milímetros y una cobertura de área de aproximadamente el 30,5 % para conseguir una disposición en húmedo de la composición termorreactiva de aproximadamente 70-80 gramos por metro cuadrado (g/m2). Una vez impresa la composición termorreactiva sobre el sustrato, se retiró la pantalla y se aplicó sobre la zona impresa un tejido de punto sencillo (65 % de poliéster/35 % de algodón) de 76±5 gramos por metro cuadrado. El material compuesto textil de 2 capas se secó a una temperatura de 100 °C durante 30-60 segundos. El material compuesto textil se secó durante 60 segundos. A continuación, el material compuesto textil se colocó en una prensa caliente hasta una temperatura de 160 °C durante 60 segundos más para reticular la mezcla. Tras un envejecimiento de al menos 24 horas, se comprobó a continuación la resistencia a las llamas de los materiales compuestos textiles mediante la Prueba de llama horizontal conforme a la norma DIN EN ISO 15025A y los resultados se recogen en la tabla 2.
Preparación del laminado 1
El material termorreactivo n.° 1 se serigrafió sobre un sustrato de tejido liso 100 % de poliamida (nailon 6,6) con un peso de 78±3 gramos por metro cuadrado, utilizando una pantalla con una profundidad de 250 pm, un tamaño de punto de 1,3 milímetros y una cobertura de área de aproximadamente el 30,5 % para conseguir una disposición en húmedo de la composición termorreactiva de aproximadamente 70-80 gramos por metro cuadrado (g/m2). Una vez impresa la composición termorreactiva sobre el sustrato, se retiró la pantalla y se aplicó sobre la zona impresa un tejido de punto sencillo (65 % de poliéster/35 % de algodón) de 76±5 gramos por metro cuadrado. El material compuesto textil de 2 capas se secó a una temperatura de 100 °C durante 30-60 segundos. El material compuesto textil se secó durante 60 segundos. A continuación, el material compuesto textil se colocó en una prensa caliente hasta una temperatura de 160 °C durante 60 segundos más para reticular la mezcla. Tras un envejecimiento de al menos 24 horas, se comprobó a continuación la resistencia a las llamas de los materiales compuestos textiles mediante la Prueba de llama horizontal conforme a la norma DIN EN ISO 15025A y los resultados se recogen en la tabla 2.
Preparación del laminado 2
El material termorreactivo n.° 2 se serigrafió sobre un sustrato de tejido liso 100 % de poliamida (nailon 6,6) con un peso de 78±3 gramos por metro cuadrado, utilizando una pantalla con una profundidad de 250 pm, un tamaño de punto de 1,3 milímetros y una cobertura de área de aproximadamente el 30,5 % para conseguir una disposición en húmedo de la composición termorreactiva de aproximadamente 70-80 gramos por metro cuadrado (g/m2). Una vez impresa la composición termorreactiva sobre el sustrato, se retiró la pantalla y se aplicó sobre la zona impresa un tejido de punto sencillo (65 % de poliéster/35 % de algodón) de 76±5 gramos por metro cuadrado. El material compuesto textil de 2 capas se secó a una temperatura de 100 °C durante 30-60 segundos. El material compuesto textil se secó durante 60 segundos. A continuación, el material compuesto textil se colocó en una prensa caliente hasta una temperatura de 160 °C durante 60 segundos más para reticular la mezcla. Tras un envejecimiento de al menos 24 horas, se comprobó a continuación la resistencia a las llamas de los materiales compuestos textiles mediante la Prueba de llama horizontal conforme a la norma DIN EN ISO 15025A y los resultados se recogen en la tabla 2.
Preparación del laminado comparativo A
El material termorreactivo A se serigrafió sobre un sustrato de tejido liso 100%de poliamida (nailon 6,6) con un peso de 78±3 gramos por metro cuadrado, utilizando una pantalla con una profundidad de 250 |jm, un tamaño de punto de 1,6 milímetros para conseguir una disposición en húmedo de la composición termorreactiva de aproximadamente 70-80 gramos por metro cuadrado (g/m2). Una vez impresa la composición termorreactiva sobre el sustrato, se retiró la pantalla y se aplicó sobre la zona impresa un tejido de punto sencillo (65 % de poliéster/35 % de algodón) de 76±5 gramos por metro cuadrado. El material compuesto textil de 2 capas se secó a una temperatura de 100 °C durante 30-60 segundos. El material compuesto textil se secó durante 60 segundos. A continuación, el material compuesto textil se colocó en una prensa caliente hasta una temperatura de 160 °C durante 60 segundos más para reticular la mezcla. Tras un envejecimiento de al menos 24 horas, se comprobó a continuación la resistencia a las llamas de los materiales compuestos textiles mediante la Prueba de llama horizontal conforme a la norma DIN EN ISO 15025A y los resultados se recogen en la tabla 2.
Preparación del laminado comparativo B
El material termorreactivo B se serigrafió sobre un sustrato de tejido liso 100 % de poliamida (nailon 6,6) con un peso de 78±3 gramos por metro cuadrado, utilizando una pantalla con una profundidad de 250 jm , un tamaño de punto de 1,3 milímetros y una cobertura de área de aproximadamente el 30,5 % para conseguir una disposición en húmedo de la composición termorreactiva de aproximadamente 70-80 gramos por metro cuadrado (g/m2). Una vez impresa la composición termorreactiva sobre el sustrato, se retiró la pantalla y se aplicó sobre la zona impresa un tejido de punto sencillo (65 % de poliéster/35 % de algodón) de 76±5 gramos por metro cuadrado. El material compuesto textil de 2 capas se secó a una temperatura de 100 °C durante 30-60 segundos. El material compuesto textil se secó durante 60 segundos. A continuación, el material compuesto textil se colocó en una prensa caliente hasta una temperatura de 160 °C durante 60 segundos más para reticular la mezcla. Tras un envejecimiento de al menos 24 horas, se comprobó a continuación la resistencia a las llamas de los materiales compuestos textiles mediante la Prueba de llama horizontal conforme a la norma DIN EN ISO 15025A y los resultados se recogen en la tabla 2.
TABLA 2
Los ejemplos de laminados 1 y 2 muestran que, a pesar de la presencia de glicerol y de una menor cantidad de grafito expandible en el material termorreactivo, en comparación con los materiales termorreactivos comparativos, fueron capaces de alcanzar un grado de aprobación en la prueba de llama. Adicionalmente, los laminados de los ejemplos 1 y 2 formaron un residuo de carbón más estable que el de los laminados comparativos A, B o C. Al flexionar y mover la muestra, el residuo de carbón no se rompió ni se desprendió de la muestra. Esto proporcionaría más protección, ya que el residuo de carbón actúa como capa aislante.
Además, los materiales termorreactivos según realizaciones de la presente divulgación presentan una procesabilidad mejorada que da como resultado un laminado formado que tiene una longitud de 500 metros o más.
La invención de esta solicitud se ha descrito anteriormente tanto de forma genérica como con respecto a realizaciones específicas. Los expertos en la materia apreciarán que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en las realizaciones sin alejarse del alcance de la divulgación. Por lo tanto, se pretende que las realizaciones cubran las modificaciones y variaciones de esta invención siempre que estén dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un material compuesto textil (10) que comprende
a) una capa fundible (100);
b) un material termorreactivo (102) que comprende:
una resina polimérica que comprende una resina acrílica acuosa,
grafito expandible,
al menos un aditivo retardante a las llamas (FR) y
al menos un compuesto polihidroxi;
c) una capa adicional (108) dispuesta sobre el material termorreactivo (102) de manera que el material termorreactivo (102) esté entre la capa fundible (100) y la capa adicional (108);
en donde el material compuesto textil (10) tiene una llama residual de menos de aproximadamente 2 segundos.
2. El material compuesto textil de la reivindicación 1, en donde el compuesto polihidroxi tiene un peso molecular de menos de aproximadamente 1000 g/mol; o en donde el compuesto polihidroxi está presente en el material termorreactivo en un intervalo de aproximadamente el 3 al 10 % en peso del compuesto polihidroxi, basándose en un peso total del material termorreactivo.
3. El material compuesto textil de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material termorreactivo (102) se aplica a la capa fundible (100), a la capa adicional (108) o a ambas en un patrón continuo o discontinuo.
4. El material compuesto textil de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el aditivo FR es melamina o polifosfato, o una combinación de los mismos.
5. El material compuesto textil de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material termorreactivo (102) comprende en el intervalo de aproximadamente el 40 a aproximadamente el 90% en peso de polímero acrílico y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 60 % en peso de una mezcla del grafito expandible y el compuesto polihidroxi, basándose en un peso total del material termorreactivo.
6. El material compuesto textil de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la capa adicional (108) es una capa textil, un producto textil termoestable o una combinación de los mismos; o en donde la capa adicional (108) es una capa fundible que comprende al menos uno de un producto textil fundible o una película fundible.
7. El material compuesto textil de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la resina acrílica acuosa comprende unidades de repetición de acrilamida.
8. El material compuesto textil de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la resina acrílica acuosa comprende unidades de repetición de N-metilol acrilamida.
9. El material compuesto textil de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la resina polimérica comprende al menos el 25 % en peso de resina acrílica acuosa y al menos una resina polimérica del grupo que comprende acetato de vinilo, estireno, poliéter, poliéster, poliuretano, poliéter poliuretano, poliéster poliuretano, policarbonato poliuretano, o un copolímero o una mezcla de los mismos.
10. Una prenda que comprende el material compuesto textil (10) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
11. Una composición termorreactiva que comprende:
i) una resina acrílica acuosa;
ii) grafito expandible que se expande al menos aproximadamente 900 micrómetros al calentarse a aproximadamente 280 °C, medido mediante la Prueba de expansión mediante TMA; y
iii) al menos un aditivo retardante a las llamas,
iv) al menos un compuesto polihidroxi; y
v) agua.
12. La composición termorreactiva de la reivindicación 11, en donde el compuesto polihidroxi tiene un peso molecular inferior a 1000 g/mol.
13. La composición termorreactiva de la reivindicación 11 o 12, en donde la composición termorreactiva comprende en el intervalo de aproximadamente el 60 a aproximadamente el 80 % en peso de resina acrílica acuosa, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de grafito expandible; de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de aditivo retardante a las llamas, de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de compuesto polihidroxi y de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 10 % en peso de agua, basándose en el peso total de la composición termorreactiva.
14. La composición termorreactiva de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el compuesto polihidroxi es propano-1,2,3-triol y en donde la resina acrílica acuosa comprende unidades de repetición de acrilamida.
15. Un método que comprende;
a) proporcionar una capa fundible (100) y una capa adicional (108);
b) aplicar una composición termorreactiva sobre la capa fundible (100), la capa adicional (108) o ambas, en donde la composición termorreactiva comprende una resina acrílica acuosa, grafito expandible, al menos un aditivo retardante a las llamas, al menos un compuesto polihidroxi y agua;
c) adherir la capa fundible (100) y la capa adicional (108) junto con la composición termorreactiva intercalada entre las dos capas para formar un laminado (10); y
d) calentar el laminado (10) hasta una temperatura suficiente para eliminar al menos una parte del agua de la resina acrílica acuosa.
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