ES2217690T3 - Material intumescente. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN MATERIAL INTUMESCENTE FLEXIBLE, QUE COMPRENDE FIBRAS INORGANICAS Y FIBRAS ORGANICAS FLEXIBLES, QUE FORMAN CONJUNTAMENTE UNA MATRIZ PREDOMINANTEMENTE FIBROSA, UN AGLUTINANTE ELASTOMERICO Y UNA SUSTANCIA INTUMESCENTE, DE FORMA QUE DICHO MATERIAL SE HA COMPRIMIDO HASTA UN CONTENIDO DE HUMEDAD INFERIOR AL 5 % EN PESO. DICHO MATERIAL SE PUEDE PRODUCIR DEPOSITANDO EN CAPAS Y EN HUMEDO UNA SUSPENSION ACUOSA DE FIBRAS INORGANICAS, FIBRAS ORGANICAS FLEXIBLES, LA SUSTANCIA INTUMESCENTE Y EL AGLUTINANTE ELASTOMERICO, SOBRE UN SOPORTE PERMEABLE AL AGUA; RETIRANDO EL AGUA DE LA SUSPENSION PARA FORMAR UNA LAMINA, SECAR DICHA LAMINA HASTA UN CONTENIDO DE HUMEDAD INFERIOR AL 5 % EN PESO; Y COMPRIMIENDO EN MATERIAL LAMINAR.

Description

Material intumescente.

La presente invención se refiere a un material intumescente flexible destinado a ser usado en la protección pasiva contra incendios, y se refiere también a un método de fabricación de un material de este tipo.

Están siendo cada vez más usados para las de una variedad de aplicaciones de protección pasiva contra incendios materiales intumescentes flexibles (realizados p. ej. en forma de hoja o de tira). Tal material puede ser producido en un equipo de fabricación de papel y puede comprender una matriz hecha predominante de fibras (como p. ej. una tela de fibras ligadas) y cargada con una sustancia intumescente (como p. ej. grafito exfoliante). En uso, el material intumescente es aplicado a una superficie a proteger mediante cualesquiera medios adecuados, como p. ej. mediante el uso de adhesivo. La superficie puede ser por ejemplo la existente en torno al borde de una puerta. En caso de un incendio, la presencia de la sustancia intumescente hace que el producto se expanda en una multiplicidad de direcciones para así formar una junta hermética y proporcionar protección contra el fuego.

Un material de este tipo está descrito en el documento GB-A-2 273 100 y consta de fibras de lana de roca, aglomerante elastomérico y grafito exfoliante. El material intumescente del documento GB-A-2 273 100 es producido a base de depositar en húmedo una suspensión acuosa que incorpora fibras de lana de roca, un aglomerante elastomérico y grafito exfoliante sobre una tela de formación tal como las que se usan para la fabricación de papel, y retirando agua de la suspensión para formar una hoja que es a continuación secada. A pesar de que ello no está específicamente descrito en el documento GB-A-2 273 100, sería práctica convencional la de consolidar la hoja mediante cilindros antes del secado. Tal consolidación persigue el objetivo primario de retirar agua, y no es usada para controlar la densidad y el espesor del producto acabado. El contenido de humedad después de la consolidación es de no menos de un 40%, y tras el secado es típicamente de menos de un 5%.

Los documentos GB-A-2 233 678 y GB-A-2 271 362 se refieren también a la producción de material laminar intumescente, y no describen la consolidación de la tela antes del secado final. El material intumescente descrito en los documentos GB-A-2 233 678 y GB-A-2 271 362 es sin embargo de naturaleza distinta de la del descrito en el documento GB-A-2 273 100 por cuanto que el primero tiene una matriz cuyo ingrediente predominante es una arcilla caolinítica no cocida que comprende arcilla de alfarero reforzada por fibras vítreas inorgánicas, incluyendo dicho material un aglomerante orgánico y (en el caso del documento GB-A-2 271 362) incorporando también opcionalmente dicho material fibras de rayón.

La actuación final del material intumescente en cuanto a su expansión volumétrica y a su capacidad de generar presión al verse expuesto a un incendio está directamente relacionada con la densidad del material, y esto es habitualmente función de la capacidad del equipo de fabricación de papel para retener la sustancia intumescente. Hay un límite para la densidad de material que puede producirse mediante un proceso de fabricación de papel.

Hay demanda de productos intumescentes delgados y flexibles y dotados de gran capacidad de expansión volumétrica y de generación de presión a fin de satisfacer las necesidades de la cada vez más sofisticada y exigente industria de la protección contra incendios.

Según un primer aspecto de la presente invención, se aporta un material intumescente flexible que comprende fibras inorgánicas y fibras orgánicas flexibles que forman juntamente una matriz que es predominantemente de fibras, un aglomerante elastomérico y una sustancia intumescente; estando dicho material intumescente flexible caracterizado por el hecho de que el material ha sido comprimido con un contenido de humedad de menos de un 5% en peso.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se aporta un método que es para producir un material intumescente flexible y comprende el paso de comprimir un material laminar formado en húmedo que tiene un contenido de humedad de menos de un 5% en peso y consta de una matriz que está hecha predominantemente de fibras que son fibras inorgánicas y fibras orgánicas flexibles, un aglomerante elastomérico y una sustancia intumescente.

Preferiblemente, el material laminar formado en húmedo que tiene un contenido de humedad de menos de un 5% en peso puede ser producido a base de depositar en húmedo una lechada acuosa de fibras inorgánicas, fibras orgánicas flexibles, una sustancia intumescente y un aglomerante elastomérico sobre un soporte permeable al agua, retirar agua de la lechada para formar una hoja, y secar la hoja hasta un contenido de humedad de menos de un 5% en peso.

Según la invención, hemos descubierto que la expansión volumétrica y la generación de presión de los materiales intumescentes formados en húmedo que tienen una matriz que es predominantemente de fibras e incorpora fibras inorgánicas cargadas con una sustancia intumescente pueden ser considerablemente mejoradas a base de incluir fibras orgánicas flexibles en la suspensión a depositar en húmedo, y de efectuar compresión una vez que el material laminar resultante ha sido secado hasta un contenido de humedad de menos de un 5% en peso (habitualmente de menos de un 2% en peso). El mejoramiento de las propiedades se logra particularmente por medio de la inclusión de las fibras orgánicas flexibles, lo cual permite que sea producido un producto comprimido de densidad incrementada, y que sean obtenidas las ventajas anteriormente mencionadas. En contraste con ello, el material intumescente de la GB-A-2 273 100 (que no incorpora fibras orgánicas flexibles) deviene no trabajable y se machaca durante un proceso de compresión, no resultando ya adecuado para ser usado en aplicaciones de protección pasiva contra incendios.

El paso de compresión que es empleado en la presente invención (efectuado en un material que tiene un contenido de humedad de menos de un 5% en peso) debe distinguirse del paso de consolidación que es efectuado antes del secado durante la producción de material laminar intumescente que ha sido descrita anteriormente en relación con el estado de la técnica. Para tales pasos de consolidación, el contenido de humedad de la hoja sería considerablemente superior al 5% en peso (siendo p. ej. de un 40% en peso), y la consolidación no serviría para lograr el mejoramiento de las propiedades de expansión volumétrica y de generación de presión que se logra mediante la presente invención.

Un material intumescente según el primer aspecto de la invención (el cual puede ser producido según los métodos de los aspectos segundo o tercero) tendrá típicamente un espesor de 0,25 a 5 mm y una densidad de 500 a 2.000 kg m^{-3}. El material tendrá típicamente una relación de expansión volumétrica de 15:1 a 50:1 al ser sometido a ensayo para poner a prueba su libre expansión mediante calentamiento en un horno a 400ºC por espacio de 15 a 30 minutos. En contraste con ello, antes de la compresión el material tendrá típicamente un espesor de 0,5 a 12 mm, una densidad de 150 a 400 kgm^{-3} y una relación de expansión volumétrica de 3:1 a 15:1. La resistencia a la tracción del material antes de la compresión debe ser suficiente para permitir que sea efectuada esta operación, y es típicamente de no menos de 3 kN m^{-2}.

El proceso de compresión permite controlar las propiedades del material intumescente. Típicamente, el material será comprimido hasta un porcentaje de un 20% a un 75% de su espesor original. La compresión puede ser efectuada usando una prensa, como p. ej. una prensa del tipo de las prensas de platina, pero es más convenientemente efectuada por calandrado, es decir a base de pasar el material a comprimir por el punto de sujeción entre dos cilindros usando técnicas convencionales. El grado de compresión y el espesor del producto acabado pueden ser controlados a base de fijar el intersticio entre los cilindros y de aplicar a los mismos una presión suficiente para superar la elasticidad del material que se comprime. Las calandrias que son usadas para la elaboración del caucho son particularmente adecuadas para la producción del material calandrado. Como alternativa, pueden también usarse calandrias de las que están destinadas a ser usadas con papel, productos textiles o materiales no tejidos. Los cilindros que se usen para el calandrado podrán ser alisados o bien podrán estar provistos de dibujos en relieve, y podrán ser calentados o enfriados, o bien podrán estar a temperatura ambiente.

En una realización alternativa de la invención, el material a comprimir puede ser impregnado con una resina termoendurente y comprimido en un molde a alta presión bajo condiciones que redunden en el curado de la resina. La resina termoendurente puede ser por ejemplo una resina epoxi, de poliéster, de éster vinílico, fenólica, de melamina o de acrilato.

Típicamente, el material intumescente del primer aspecto de la invención comprenderá de un 2 a un 20% (y preferiblemente de un 2 a un 8%) en peso de las fibras orgánicas, que podrán tener por ejemplo una longitud de 3 a 25 mm y un diámetro de 2 a 20 micras. Las fibras orgánicas que son particularmente adecuadas para ser usadas en la invención incluyen fibras de poliéster, de nilón, de aramida, acrílicas, de olefina y celulósicas.

Se prefiere particularmente que las fibras orgánicas sean de un polímero termoplástico que esté diseñado para fundirse y fluir durante el proceso de compresión (p. ej. por calandrado) para así redundar en un ligamiento por fusión de las fibras. Son fibras adecuadas con esta finalidad fibras de olefina y fibras de poliéster, así como fibras de dos componentes que comprendan dos polímeros que tengan distintos puntos de fusión. El ligamiento por fusión es ventajoso porque conduce a la obtención de un producto que presenta una mejorada integridad y resistencia a través del plano.

Las fibras inorgánicas que son adecuadas para ser usadas en el producto de la invención pueden ser por ejemplo fibras de vidrio, fibras de lana mineral, fibras de lana de roca, fibras de lana de escorias, fibras de asbesto, fibras de cerámica, fibras de circonia, fibras de alúmina u otras fibras vítreas sintéticas. En general, las fibras inorgánicas estarán presentes en el material intumescente en una cantidad de un 10 a un 80% (y preferiblemente de un 20 a un 40%) en peso. Típicamente, las fibras inorgánicas tendrán una longitud de 0,2 a 20 mm y un diámetro de 0,1 a 15 micras.

La sustancia intumescente puede ser un material exfoliante, como p. ej. perlita, vermiculita y grafito expansible (intercalado). En general, el material intumescente del primer aspecto de la invención comprenderá de un 10 a un 85% (y preferiblemente de un 40 a un 70%) en peso de la sustancia intumescente.

El aglomerante elastomérico acuoso puede comprender por ejemplo un polímero acrílico, de butadieno, vinílico o silicónico. Se prefiere usar un látex acrílico. El material intumescente comprenderá típicamente de un 2 a un 30% (y preferiblemente de un 5 a un 20%) en peso del aglomerante.

Los materiales intumescentes según la invención pueden haber sido producidos usando una técnica de mezcla a alta velocidad para preparar una dispersión de la sustancia exfoliante, fibras orgánicas, fibras inorgánicas y aglomerante (en las proporciones requeridas) en agua. Esta dispersión comprenderá típicamente de un 0,1 a un 3,0% en peso de sólidos. Con la dispersión se forma entonces un material laminar usando técnicas estándar de fabricación de papel, y dicho material laminar es secado hasta un contenido de agua de menos de un 5% en peso (y habitualmente de menos de un 2% en peso). El material laminar resultante es entonces comprimido como antes se ha detallado más ampliamente.

El material intumescente de la invención puede ser usado en situaciones de protección pasiva contra incendios de manera totalmente convencional, p. ej. a base de fijar el material a una superficie a proteger utilizando un adhesivo.

Se ilustra a continuación la invención mediante los siguientes Ejemplos no limitativos.

Ejemplo 1

Usando técnicas estándar de fabricación de papel, fue producida una hoja que tenía la composición siguiente:

Componente		Porcentaje en Peso
INORPHIL (fibra de lana de roca)		30
GRILENE NV2 (fibra de poliéster)		5
Grafito Intercalado		55
Aglomerante de látex acrílico		10
Humedad		< 2
La hoja tenía las características siguientes:
Peso base	-	1300 gm^{-2}
Espesor	-	4 mm
Resistencia a la tracción	-	5,3 kNm^{-2}
Relación de expansión	-	10:1

Para mayor comodidad, de aquí en adelante se alude a este material laminar llamándolo el "material laminar no calandrado".

El material laminar no calandrado fue pasado por una calandria de elaboración de caucho que comprendía dos cilindros de acero inoxidable de 2 m de anchura y aplicaba una carga de 3 toneladas. El intersticio entre los cilindros fue fijado en 1,6 mm, y la velocidad de la línea de elaboración era de 5 m/min. Las hojas así comprimidas tenían las características siguientes:

Peso base	-	1300 gm^{-2}
Espesor	-	1,8 mm
Resistencia a la tracción	-	2,5 kNm^{-2}
Relación de expansión	-	20:1

Ejemplo 2

El material laminar no calandrado producido como se ha descrito en el Ejemplo 1 fue pasado por una calandria de elaboración de caucho que comprendía dos cilindros de acero inoxidable de 2 m de anchura y aplicaba una carga de 3 toneladas. El intersticio entre los cilindros fue fijado en 0,8 mm, y la velocidad de la línea de elaboración era de 5 m/min. Las hojas así comprimidas tenían las características siguientes:

Peso base	-	1300 gm^{-2}
Espesor	-	1,0 mm
Resistencia a la tracción	-	1,5 kNm^{-2}
Relación de expansión	-	30:1

Ejemplo 3

El material laminar no calandrado producido como se ha descrito en el Ejemplo 1 fue impregnado con 1300 gm^{-2} de resina epoxi mezclada con endurecedor de dicianodiamida. La estera resultante fue prensada y curada en una prensa hidráulica de prensar hojas a una temperatura de 200ºC por espacio de 5 minutos. El material así producido tenía las características siguientes:

Peso base	-	2600 gm^{-2}
Espesor	-	0,5 mm
Resistencia a la tracción	-	15 kNm^{-2}
Relación de expansión	-	40:1

Claims (20)

1. Material intumescente flexible que comprende fibras inorgánicas y fibras orgánicas flexibles que forman juntamente una matriz que es predominantemente de fibras, un aglomerante elastomérico y una sustancia intumescente; estando dicho material intumescente flexible caracterizado por el hecho de que el material ha sido comprimido con un contenido de humedad de menos de un 5% en peso.

2. Material como el reivindicado en la reivindicación 1, que tiene un espesor de 0,25 a 5 mm.

3. Material como el reivindicado en la reivindicación 1 ó 2, que tiene una densidad de 500 a 2.000 kgm^{-3}.

4. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que tiene una relación de expansión volumétrica de 15:1 a 50:1 al ser sometido a ensayo para poner a prueba su libre expansión mediante calentamiento en un horno a 400ºC por espacio de 15 a 30 minutos.

5. Material como el reivindicado en la reivindicación 1, que comprende de un 2 a un 20% en peso de las fibras orgánicas.

6. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las fibras orgánicas son fibras de poliéster, de nilón, de aramida, acrílicas, de olefina o celulósicas.

7. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las fibras orgánicas están ligadas por fusión.

8. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende de un 10 a un 80% en peso de las fibras inorgánicas.

9. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las fibras inorgánicas son fibras de vidrio, fibras de lana mineral, fibras de lana de roca, fibras de lana de escorias, fibras de asbesto, fibras de cerámica, fibras de circonia, fibras de alúmina u otras fibras vítreas sintéticas.

10. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que contiene de un 10 a un 85% en peso de la sustancia intumescente.

11. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la sustancia intumescente es un material exfoliante.

12. Material como el reivindicado en la reivindicación 11, en el que el material exfoliante es perlita, vermiculita, o grafito expansible.

13. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende de un 2 a un 30% en peso del aglomerante.

14. Material como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el aglomerante es un polímero acrílico, de butadieno, vinílico o silicónico.

15. Método que es para producir un material intumescente flexible y comprende el paso de comprimir un material laminar formado en húmedo que tiene un contenido de humedad de menos de un 5% en peso y consta de una matriz que está hecha predominantemente de fibras que son fibras inorgánicas y fibras orgánicas flexibles, un aglomerante elastomérico y una sustancia intumescente.

16. Método como el reivindicado en la reivindicación 15, en el que el material laminar formado en húmedo que tiene un contenido de humedad de menos de un 5% en peso es producido a base de depositar en húmedo una lechada acuosa de fibras inorgánicas, fibras orgánicas flexibles, una sustancia intumescente y un aglomerante elastomérico sobre un soporte permeable al agua, retirar agua de la lechada para formar una hoja y secar la hoja hasta un contenido de humedad de menos de un 5% en peso.

17. Método como el reivindicado en la reivindicación 15, en el que la compresión es efectuada por calandrado.

18. Método como el reivindicado en la reivindicación 15, en el que antes de la compresión la hoja es tratada con una resina termoendurente, y la compresión es efectuada bajo condiciones que redundan en el curado de la resina.

19. Método como el reivindicado en la reivindicación 15, para producir un producto como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

20. Método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que la hoja es comprimida hasta un porcentaje de un 20% a un 75% de su espesor.