ES2237340B1 - Composiciones de espuma y de gel retardantes del fuego. - Google Patents
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Abstract
Una composición que retarda la expansión del fuego, protege las posiciones de riesgo frente a los daños y emite un material que ayuda a la extinción del fuego. Las composiciones pueden tener forma de gel o de espuma, y pueden ser usadas para proteger cualquier tipo de objeto, tal como una propiedad personal, una propiedad inmobiliaria o incluso los seres humanos, frente al fuego. La forma de gel de la composición contiene urea o un derivado de urea que retiene agua y libera CO2 con el calor. Además, se emplea también un modificador de reología que contiene grupos carboxilo. La forma de espuma de la composición contiene urea o un derivado de urea y el modificador de reología, junto con un generador de espuma tal como bicarbonato sódico y ácido cítrico. Un método de retardar el fuego comprende recubrir un artículo con el retardante del fuego, de tal modo que proteja el artículo frente al fuego y ayude a extinguir el fuego mediante la liberación de dióxido de carbono.
Description
Composiciones de espuma y de gel retardantes del
fuego.
La presente invención se refiere a nuevas
composiciones de espuma y de gel destinadas a evitar la combustión
y retardar la propagación del fuego.
Los fuegos destruyen miles de millones de
dólares en propiedades personales cada año. Particularmente
devastadores son los fuegos en los límites de los paramos/urbanos
(WUI) y los límites de los páramos/suburbanos (WSI) que incluyen
la expansión del fuego desde zonas agrestes no pobladas, hacia
otras pobladas. Por ejemplo, de acuerdo con la Agencia de Gestión
Federal de Emergencia de los Estados Unidos, un fuego en una zona
agreste en 1990, en California, causó 26 muertes, destruyó más de
5000 estructuras, y dio como resultado más de 1,5 miles de millones
de dólares en daños. El método convencional de combatir el WUI, el
WSI y otros fuegos, ha consistido en aplicar agua al fuego. Este
procedimiento ha resultado, sin embargo, ineficaz con mucha
frecuencia, debido a los problemas asociados al uso del agua.
Debido al escurrimiento y a la evaporación, el agua no es retenida
fácilmente sobre las superficies que están bajo el fuego o en
peligro de ser alcanzadas por el fuego. Además, este procedimiento
no es efectivo para evitar la expansión del fuego a las posiciones
en riesgo, tales como las casas, las estructuras y los coches, que
inicialmente no están abarcados por el fuego.
Otros materiales, y en particular los polímeros
súper-absorbentes, han sido utilizados a efectos de
intentar evitar la expansión de, y combatir, los fuegos. La Patente
U.S. núm. 5.849.210 describe un método que retarda que un objeto
combustible arda, que comprende aplicar una mezcla de agua y de un
polímero súper-absorbente que absorbe al menos 20
veces su peso de agua, sobre una superficie al descubierto del
objeto combustible. Los polímeros súper-absorbentes
no se disuelven bien, y también se hinchan e imparten una alta
viscosidad a las mezclas acuosas. Además, los polímeros
súper-absorbentes son frágiles y vidriosos cuando
se secan, y por lo general son más caros que los correspondientes
polímeros sin enlace cruzado. Con respecto a sustancias de lucha
contra el fuego que no contienen polímeros
súper-absorbentes, la Patente U.S. núm. 6.251.961
describe un recubrimiento retardante de llama que comprende
sustancias que carbonizan y forman una capa espumosa en caso de
incendio.
Aunque los materiales ignífugos conocidos
proporcionan protección mediante aislamiento de las posiciones en
riesgo, ninguna composición conocida contiene un material que
proporcione protección/aislamiento contra el fuego sin el uso de un
polímero súper-absorbente, y que con la exposición
al calor, libere también un material que combata el fuego. En
consecuencia, sería ventajoso proporcionar una composición
retardante de llama que evite las desventajas de los polímeros
súper-absorbentes, proteja los productos frente al
fuego, y libere también una sustancia que contribuya a la extinción
del fuego. Sería particularmente ventajoso que esta composición
pudiera ser colocada en una posición de riesgo para ser protegida
por anticipado del contacto entre la posición y el fuego, y
permanecer en el lugar en condiciones adecuadas para evitar la
propagación del fuego hasta esa posición.
La presente invención proporciona una
composición que retarda la expansión del fuego, protege los
productos de los daños derivados del fuego, y emite un material que
ayuda a extinguir el incendio. La composición puede ser, ya sea en
forma de gel, o ya sea en forma de espuma, y puede ser utilizada
para proteger cualquier tipo de objeto, tal como una propiedad
personal, una propiedad inmobiliaria, o incluso seres humanos,
frente al fuego. La forma de gel de la composición contiene urea o
un derivado de urea que retiene agua y libera CO_{2} con el
calor. Además, se emplea también un modificador de reología. La
forma de espuma de la composición contiene la urea o el derivado de
urea y el modificador de reología, junto con un generador de espuma
tal como un ácido y una base. Un método de retardar el fuego
comprende el recubrimiento de un artículo con el retardante del
fuego, de tal modo que el retardante proteja el artículo frente al
fuego y ayude a extinguir el incendio mediante la liberación de
dióxido de carbono.
Una composición para retardar el fuego y la
expansión del fuego, que puede ser en forma de espuma o de gel. La
composición, ya sea en forma de espuma o ya sea en forma de gel,
puede ser aplicada a cualquier artículo combustible con
anterioridad al contacto del artículo con el fuego, con el fin de
evitar que el artículo arda. La composición puede ser aplicada a
una propiedad personal, una propiedad inmobiliaria, o incluso a
seres humanos o a la ropa. La composición puede ser utilizada para
recubrir zonas agrestes, tales como los campos o las selvas, para
evitar la expansión del fuego a esas zonas. La composición puede
ser utilizada también para combatir fuegos WUI y WSI mediante
recubrimiento de las zonas en riesgo, tales como las casas, otras
estructuras y los coches, que sea limítrofes con las zonas agrestes
afectadas por un incendio. La composición actúa de modo que protege
el artículo combustible mediante la provisión de aislamiento frente
al fuego, y también liberando dióxido de carbono para ayudar a
extinguir el fuego. En ambas formas de espuma y de gel, la
composición proporciona unas calidades extraordinarias de
protección por contacto con el producto, con la cobertura y una
buena adhesión vertical a los objetos. Además, la versión espumada
de la composición proporciona también el beneficio añadido de una
re-espumación con la exposición al calor.
La composición retardante del fuego comprende un
componente de liberación de dióxido de carbono, con preferencia,
aunque sin carácter limitativo, una urea o un derivado de urea que
comprende un agente soluble en agua, que retiene agua pero que
libera dióxido de carbono con el calor. Un segundo componente es un
modificador de reología. Dependiendo de la consistencia deseada, la
composición de urea o de derivado de urea/modificador de reología,
puede ser diluida con agua, Opcionalmente, un generador de espuma,
tal como un ácido y una base, puede ser añadido a la composición
con el fin de proporcionar una composición de espuma. También
opcionalmente, una composición sintética, tal como alcohol de
polivinilo o materiales con enlace cruzado, pueden ser también
añadidos a la composición. En una realización alternativa, la
composición retardante del fuego comprende un modificador de
reología hinchable álcali, bajo condiciones acídicas, que se
combina con agua, y que se trata de tal modo que el pH se eleva
hasta alrededor de 6,5. La composición de esta realización
alternativa puede ser utilizada como gel retardante del fuego.
La urea o el derivado de urea de la composición,
comprende con preferencia una urea o una (hidroxialquil)urea
("HAU"), que se define como cualquier derivado de urea que
contenga al menos un grupo urea y al menos un grupo hidroxilo. Las
hidroxialquilureas liberan dióxido de carbono, un retardante de
fuego bien conocido, con el calor. Con su calentamiento a
aproximadamente 130 - 170°C y la exposición al fuego, el dióxido de
carbono liberado por la RAU actuará como ayuda a la extinción del
fuego. En general, las hidroxialquilureas contienen al menos un
grupo urea y al menos un grupo hidróxilo. Los carbonos dispuestos
entre los grupos hidróxilo y urea, pueden adoptar una configuración
lineal, ramificada, o sustituida. La estructura general y la
descripción de la HAU, se encuentran expuestas en las Patentes U.S.
núms. 5.840.822 y 5.858.549, y estas patentes relevantes se
incorporan aquí como referencia.
Los tipos ejemplares de HAU incluyen, sin
limitación, mono(hidroxietil)urea,
N,N-bis(2-hidroxietil)urea,
tetracis(2-hidroxietil)urea,
tris(2-hidroxietil)urea,
N,N'-bis(2-hidroxietil)urea,
N,N'-(3-hidroxipropil)urea,
N,N'-bis(hidroxibutil)urea,
2-urea-2-etil-1,3-propanodiol,
ureas sacáridas, 4,5-dihidroxietileno urea, o
mezclas de las mismas. Otras ureas habituales incluyen ureas que
tienen bases de etileno urea. Con mayor preferencia, el componente
derivado de urea comprende
N,N-bis(2-hidroxietil)urea.
Se ha añadido un modificador de reología a la
urea o al derivado de urea, para espesar la composición y
proporcionar la reología deseada para la composición. El
modificador de reología puede ser un homopolímero o un copolímero
que contenga un grupo carboxilo que sea capaz de establecer una
viscosidad por encima de un pH de 6,5. Ejemplos de espesantes
preferidos incluyen espesantes de emulsión hinchable álcali y
espesantes de emulsión acrílica, tales como copolímero de
acrilatos/estearatos - 20 itaconato (STRUCTURE*, 2001, National
Starch & Chemical Company), copolímero de acrilatos/cetato - 20
itaconato (STRUCTURE* 3001, National Starch & Chemical
Company), y almidón de patata modificado (STRUCTURE* Solanace,
National Starch & Chemical Company). Otros espesantes que
pueden ser empleados, incluyen, sin limitación, espesantes
modificados de almidón, espesantes de emulsión hinchable álcali,
especialmente los que tienen un pH ácido pero que se transforman en
altamente viscosos cuando se neutralizan con una base, ácido
poli(acrílico), ácido poli(metacrílico), copolímeros
de ácido acrílico y de ácido metacrílico, emulsiones hinchables
álcali hidrofóbicamente modificadas que tienen un pH ajustado hasta
por encima de 6,5 para activar el mecanismo de espesamiento, y
mezclas de los mismos.
Un gel retardante de fuego puede comprender una
composición en una o dos partes, con una de las partes
comprendiendo la urea o el derivado de urea, y la otra parte
comprendiendo el espesante. Un ejemplo de formulación de gel
comprende una mezcla de
N,N-bis(2-hidroxietil)urea
y de un espesante de emulsión hinchable alcalina, tal como
STRUCTURE* 2001. Los dos componentes pueden mezclarse entre sí, ya
sea durante el almacenaje, o ya sea justamente antes de su
aplicación. Los componentes pueden ser mezclados entre sí en una
relación de alrededor de 1 a 1, pero más preferentemente se mezclan
entre sí en una relación de alrededor de 1:0,2.
Una realización alternativa de formulación de
gel retardante del fuego puede comprender una solución al 8% de un
espesante de reología, tal como STRUCTURE* 2001, en una base acuosa
que tiene un pH que no sea inferior a 6,5.
Con el fin de formar un retardante de fuego
espumoso, se proporciona una composición en dos partes que tiene
una primera parte de urea y una segunda parte de un modificador de
reología, y que también contiene una base y un ácido como generador
de espuma. Cualquier base, ya sea iónica o molecular, que sea capaz
de proporcionar una viscosidad por encima de un pH de 6,5, puede
ser añadida a la urea o al derivado de urea, Los generadores de
espuma preferidos incluyen bicarbonato de sodio y ácido cítrico, y
dextrinas, harinas y almidones modificados de anhídrido octenil
succínico o anhídrido dodecenil succínico. Las fuentes típicas para
estos últimos, son los cereales, los tubérculos, las raíces, las
frutas y las legumbres. Otras fuentes incluyen el maíz, la patata,
los guisantes, la batata, el plátano, la cebada, el trigo, el
arroz, el amaranto, la maranta, la tapioca, el sagú, la planta
canácea, el sorgo, las dextrinas comerciales, y las variedades
céreas o altas en amilosa de los anteriores. Otros generadores de
espuma básica pueden incluir, aunque sin limitación, el bicarbonato
potásico, el carbonato de calcio, el bicarbonato de potasio a base
de urea, y el cloruro potásico, junto con un ácido. También se
puede utilizar algún surfactante para generar espuma. Las dos
partes se mantienen separadamente cada una de la otra, y se ponen
en contacto cada una con la otra justamente antes de su aplicación
al artículo que ha de ser protegido. Un método de aplicación de la
composición de espuma consiste en un aplicador de doble tanque, que
mantiene los componentes separados hasta que son aplicados al
artículo que ha de ser protegido.
El ejemplo preferido de composición retardante
del fuego de dos partes, comprende una primera parte de
N,N-bis(2-hidroxietil)urea
y bicarbonato sódico en una relación de alrededor de 20:1 hasta
alrededor de 1:1, y con preferencia en una relación de alrededor de
5:1, y una segunda parte de un espesante, tal como un espesante de
emulsión acrílica o de emulsión alcalina hinchable y ácido cítrico
en una relación de alrededor de 28:1 hasta alrededor de 1:1, y con
preferencia en una relación de alrededor de 3,6:0,1. Las dos partes
se combinan según una relación de alrededor de 1:1 para formar la
composición espumosa final. Un segundo ejemplo preferido de
composición espumosa comprende una primera parte de una solución al
50% de sólidos de un 3% de anhídrido octenil succínico sobre
dextrina de tapioca (NSC 78-0824, National Starch
and Chemical Company) en hidroxialquilurea y bicarbonato sódico.
El anhídrido octenil succínico fijado a grupos hidroxilo, se sabe
que es un generador natural de espuma. La dextrina modificada de
anhídrido octenil succínico puede ser añadida como lechada fría, o
puede ser cocida por lotes a alrededor de 80°C, mantenida durante
alrededor de 30 minutos, y después rebajada a temperatura ambiente
con anterioridad a la adición del bicarbonato sódico. La segunda
parte de la composición comprende un espesante, tal como un 8% de
STRUCTURE* 2001 en agua, y un ácido, tal como ácido cítrico. La
relación del espesante respecto al ácido en la segunda parte, está
con preferencia comprendida en la gama de alrededor de 3,5:0,1. Las
dos partes de la espuma se combinan en una relación de alrededor de
1:1 para formar la composición de espuma final.
La invención puede ser mejor descrita con el
ejemplo que sigue.
Se formularon composiciones retardantes del
fuego de espuma y de gel, como sigue:
Se fabricó un gel retardante del fuego de dos
partes, que comprendía una primera parte de 25 ml de HAU al 100%, y
una segunda parte de 25 ml de solución al 8,4% de espesante de
emulsión hinchable álcali (NSC STRUCTURE* 2001). Las dos partes se
mezclaron entre sí en una relación de alrededor de 1:1. El gel fue
aplicado a una superficie vertical, inclinada, de 141,94 cm^{2}
(22 pulgadas cuadradas), de madera de pino con un espesor de 15,88
mm (5/8 de pulgada), y se dejó que permaneciera durante diez
minutos con anterioridad al encendido.
De igual modo, se fabricó un gel espumado
retardante del fuego, que comprendía una primera parte de 25 ml de
N,N-bis(2-hidroxietil)urea
y bicarbonato de sodio en una relación de alrededor de 5:1. Una
segunda parte que comprendía 25 ml de una solución al 8,4% de una
emulsión hinchable alcalina (NSC STRUCTURE* 2001) y ácido cítrico,
fue preparada en una relación de alrededor de 3,5:0,1. Las dos
partes fueron mezcladas entre sí, y se aplicaron a una superficie
vertical, inclinada, de 141,94 cm^{2} (22 pulgadas cuadradas) y
15,88 mm (5/8 de pulgada) de espesor, de madera de pino, y se dejó
permanecer durante diez minutos con anterioridad al encendido.
Se proporcionó una tercera superficie de madera
que no tenía recubrimiento alguno, y una cuarta superficie de
madera fue mojada con 50 ml de agua. Ambas superficies de madera
fueron situadas en posición vertical. Una antorcha que tenía una
temperatura de aproximadamente 1371,11°C (2500°F), fue aplicada a
las cuatro superficies de madera. Los resultados se han ilustrado
en la Figura 1.
Según se ilustra claramente en la Tabla 1, la
madera sin recubrir se quemó rápidamente, mientras que la madera
recubierta con agua se chamuscó sustancialmente. Sin embargo, la
madera que había sido recubierta con la espuma y con el gel,
solamente se quemó ligeramente, y la espuma y el gel mantuvieron
sus texturas y sus características aislantes.
Claims (22)
1. Una composición retardante del fuego, que
comprende un material que retiene agua y produce dióxido de carbono
con la exposición al calor, al menos un agente de modificación de
reología, y opcionalmente un aditivo sintético, en la que el
\hbox{material que produce dióxido de carbono comprende urea, derivados de urea, o mezclas de los mismos.}
2. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 1, en la que el material que produce dióxido de
carbono comprende al menos una (hidroxialquil)urea.
3. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 2, en la que el (hidroxialquil)urea comprende
mono(hidroxietil)urea,
N,N-bis(2-hidroxietil)urea,
tetracis(2-hidroxietil)urea,
tris(2-hidroxietil)urea,
N,N'-bis(2-hidroxietil)urea,
N,N'-(3-hidroxipropil)urea,
N,N'-bis(4-hidroxibutil)urea,
2-urea-2-etil-1,3-propanodiol,
sacárido ureas, 4,5-dihidroxietileno urea, o
mezclas de los mismos.
4. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 3, en la que el (hidroxialquil)urea es
N,N-bis(2-hidroxietil)urea.
5. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 3, en la que el agente modificador de reología
comprende un copolímero o un homopolímero que contiene un grupo
carboxilo, y está capacitado para proporcionar viscosidad por
encima de un pH de 6,5.
6. El retardante del fuego de la reivindicación
5, en el que el agente modificador de reología comprende espesantes
de emulsión acrílica, almidón de patata, espesantes modificados de
almidón, poliuretanos, espesantes de emulsión hinchable álcali,
ácido poli(acrílico), ácido poli(metacrílico),
copolímeros de ácido acrílico y de ácido metacrílico, emulsiones
hinchables álcali hidrofóbicamente modificadas que tienen un pH
ajustado a un valor superior a 6,5.
7. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 6, en la que las emulsiones hinchables álcali
hidrofóbicamente modificadas se eligen en el grupo consistente en
copolímero de acrilato/estearato - 20 itaconato, y copolímero de
acrilatos/cetato - 20 itaconato, y mezclas de los mismos.
8. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 6, en la que la composición tiene forma de gel.
9. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 1, en la que el aditivo sintético comprende
composiciones de enlace cruzado, alcohol de polivinilo, y mezclas
de los mismos.
10. Una espuma retardante del fuego, que
comprende un material que retiene agua y produce dióxido de carbono
cuando se expone al calor, un agente modificador de reología que
contiene grupos carboxilo, un generador de espuma, y opcionalmente
un aditivo sintético, en la que el material que produce dióxido de
carbono comprende urea, derivados de urea, y mezclas de los
mismos.
11. La espuma retardante del fuego de la
reivindicación 10, en la que el material que produce dióxido de
carbono comprende una (hidroxialquil)urea.
12. La espuma retardante del fuego de la
reivindicación 11, en la que la (hidroxialquil)urea
comprende mono(hidroxietil)urea,
N,N-bis(2-hidroxietil)urea,
tetracis(2-hidroxietil)urea,
tris(2-hidroxietil)urea,
N,N'-bis(2-hidroxietil)urea,
N,N'-(3-hidroxipropil)urea,
N,N'-bis(4-hidroxibutil)urea,
2-urea-2-etil-1,3-propanodiol,
sacárido ureas, 4,5-dihidroxietileno urea, o
mezclas de los mismos.
13. La espuma retardante del fuego de la
reivindicación 10, en la que la (hidroxialquil)urea es
N,N-bis(2-hidroxietil)
urea.
14. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 10, en la que el agente modificador de reología
comprende un copolímero o un homopolímero que contiene un grupo
carboxilo, y está capacitado para proporcionar viscosidad por
encima de un pH de 6,5.
15. El retardante del fuego de la reivindicación
14, en el que el agente modificador de reología comprende
espesantes de emulsión acrílicos, almidón de patata, espesantes
modificados de almidón, poliuretanos, espesantes de emulsión
hinchables álcalis, ácido poli(acrílico), ácido
poli(metacrílico), copolímeros de ácido acrílico y de ácido
metacrílico, emulsiones hinchables álcali modificadas
hidrofóbicamente que tienen un pH ajustado por encima de 6,5.
16. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 16, en la que las emulsiones hinchables álcali
modificadas hidrofóbicamente se eligen en el grupo consistente en
copolímero de acrilatos/estearato - 20 itaconato, y copolímero de
acrilatos/cetato - 20 itaconato, y mezclas de los mismos.
17. La espuma retardante del fuego de la
reivindicación 10, en la que el generador de espuma se elige en el
grupo consistente en bicarbonato de sodio y ácido cítrico,
almidones modificados de anhídrido octenil succínico, dextrinas, o
gomas, almidones modificados de anhídrido dodecil succínico,
dextrinas o gomas o mezclas de los mismos.
18. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 10, en la que el aditivo sintético comprende
composiciones de enlace cruzado, alcohol de polivinilo, o mezclas
de los mismos.
19. Un gel retardante del fuego, que comprende
un espesante de reología en una base acuosa que tiene un pH no
inferior a 6,5.
20. El gel retardante del fuego de la
reivindicación 19, en la que el agente modificador de reología
comprende espesantes de emulsión acrílica, espesantes modificados
de almidón de patata, espesantes de emulsión hinchables álcali,
ácido poli(acrílico), ácido poli(metacrílico),
poliuretanos, copolímeros de ácido acrílico y ácido metacrílico,
emulsiones hinchables álcali hidrofóbicamente modificadas que
tienen un pH ajustado por encima de 6,5.
21. La composición retardante del fuego de la
reivindicación 20, en la que las emulsiones hinchables álcali
modificadas hidrofóbicamente se eligen en el grupo consistente en
copolímero de acrilatos/estearato - 20 itaconato, y copolímero de
acrilatos/cetato - 20 itaconato, y mezclas de los mismos.
22. Un método para retardar la expansión del
fuego, que comprende la etapa de recubrir un objeto con una
composición que comprende un material que retiene agua y produce
dióxido de carbono con la exposición al calor, un agente
modificador de reología que contiene grupos carboxilo y,
opcionalmente, un generador de espuma, en el que el material que
produce dióxido de carbono comprende urea, derivados de urea, o
mezclas de los mismos.
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