ES2278042T3 - Material para extinguir o retardar fuego. - Google Patents
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Abstract
Una composición para luchar contra el fuego que comprende agua, al menos un agente tensioactivo hidrocarbonado que no contiene flúor, un agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado y un fluoropolímero de alto peso molecular, de al menos 3000 g/mol, caracterizado porque la composición tiene un coeficiente de dispersión frente al ciclohexano desde aproximadamente -4 (mN/m) a menos de aproximadamente +3, 5 (mN/m) y el fluoropolímero se proporciona en una cantidad en la que la composición no forma un aislamiento hermético estable sobre el ciclohexano y satisface los criterios de comportamiento, según UL 162, Clase B, para los agentes AFFF, y en la que la composición contiene menos de aproximadamente el 0, 008% en peso de flúor, proporcionado a partir del agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado.
Description
Material para extinguir o retardar fuego.
La técnica anterior muestra el uso de agentes
espumógenos formadores de películas acuosas (agentes AFFF) (del
inglés: aqueous film forming foam) para la rápida extinción de
fuegos de Clase B y para aumentar la seguridad promoviendo la
resistencia a la reaparición de la llama o a la reactivación del
fuego. Primero descritos por Francen en la Patente de EE.UU. número
3.562.156, los agentes AFFF, por definición, deben tener un
coeficiente de dispersión positivo sobre el ciclohexano. Muchas
patentes de EE.UU. describen la composición de los agentes AFFF que
cumplen los criterios del coeficiente de dispersión positivo, como
lo hacen las Patentes de EE.UU. números 4.420.434, 4.472.286,
4.999.119, 5.085.786, 5.218.021 y 5.616.273.
Todas las técnicas anteriores tienen un elemento
en común, el requisito de diversas cantidades y de tipos de agentes
tensioactivos, formados por compuestos químicos fluorados, para
obtener el coeficiente de dispersión positivo cuando se combinan
con diversos agentes tensioactivos hidrocarbonados. La Patente de
EE.UU. 5.616.273 describe los agentes espumógenos formadores de
películas acuosas resistentes al alcohol (AR-AFFF) y
los agentes AFFF de hoy en día, usados para generar espumas
formadoras de películas acuosas que tengan contenidos de flúor que
oscilen entre el 0,020 y el 0,044 por ciento, en forma de premezcla.
El nivel real de flúor ha sido dependiente de las especificaciones
sobre el comportamiento requerido con contenidos de flúor más altos,
que proporcionan un comportamiento extintor más rápido y una mayor
resistencia a la reactivación del fuego. El producto con un
contenido de flúor más bajo (0,020% de F) contendrá aproximadamente
de 1,3% en peso de agentes tensioactivos formados por compuestos
químicos fluorados sólidos en el concentrado líquido al 3%, ya que
estos productos contienen aproximadamente un 50% en peso
de flúor.
de flúor.
El criterio necesario para conseguir una
dispersión espontánea de dos líquidos inmiscibles ha sido mostrado
por Harkins y colaboradores, Journal Of American Chemistry,
44, 2665 (1922). La medida de la tendencia a la dispersión
espontánea de una solución acuosa sobre la superficie de disolventes
no polares, tales como los hidrocarburos, viene definida por el
coeficiente de dispersión (SC) (del inglés: spreading coefficient),
y puede expresarse como sigue:
(1)SC_{a/b} =
\gamma_{a}-\gamma_{b}-\gamma_{l}
donde:
- SC_{a/b} =
- Coeficiente de dispersión;
- \gamma_{a}\hskip0,32cm =
- Tensión superficial de la fase hidrocarbonada inferior;
- \gamma_{b}\hskip0,32cm =
- Tensión superficial de la fase acuosa superior;
- \gamma_{l}\hskip0,32cm =
- Tensión interfacial entre la fase acuosa superior y la fase hidrocarbonada inferior.
Si el SC (coeficiente de dispersión es positivo,
por teoría, una solución acuosa se dispersará, y tendrá lugar la
formación de una película sobre la parte superior de la fase
hidrocarbonada. Cuanto más positivo es el SC, mayor será la
tendencia a dispersarse. Sin embargo, en la práctica, se ha
descubierto que tiene lugar un aislamiento hermético por medio de
una película visible sobre el ciclohexano hasta que el SC es
superior a, entre aproximadamente +3,5 y aproximadamente +4,0,
especialmente si el contenido de compuesto químico fluorado es
bajo. Se sabe además en la técnica que \gamma_{a} se reduce a
medida que la temperatura del hidrocarburo aumenta, como ocurre
durante el quemado de estos combustibles. Esto disminuirá el SC
eficaz durante la extinción del fuego a menos que la solución
extintora del fuego tenga una \gamma_{b} decreciente con el
aumento de la temperatura.
Los agentes tensioactivos formados por
compuestos químicos fluorados han entrado recientemente en el punto
de mira de la EPA (Agencia de protección del medio ambiente, de
EE.UU.) y de grupos relacionados con el medio ambiente. De hecho,
3M acordó en mayo de 2000 parar la fabricación de productos basados
en el perfluorooctanosulfonato (PFOS) y en el ácido
perfluorooctanoico (PFOA) que incluyen los agentes tensioactivos
fluorados usados en los agentes AFFF y AR-AFFF. La
EPA, antes de mayo de 2000, había determinado que el PFOS constituía
una amenaza a largo plazo para el medio ambiente después de que el
PFOS fuese hallado en todos los animales sometidos a pruebas, y se
determinó que era tóxico después de diversos estudios de
alimentación a largo plazo. La EPA ha iniciado ya un programa que
exige a otros productores de compuestos químicos perfluorados
facilitar a la EPA información sobre sus productos. Esto permitirá
que la EPA evalúe los potenciales problemas ambientales procedentes
de otros agentes tensioactivos formados por compuestos químicos
fluorados que están ya en el mercado. Es por lo tanto deseable
tener productos extintores del fuego que no contengan agentes
tensioactivos formados por productos químicos fluorados cuando se
extinguen fuegos de Clase B, así como agentes AFFF, ya que se
librarán de la mayoría de los exámenes detallados ambientales de la
EPA.
Un ejemplo de un producto semejante se describe
en el documento US 4.303.534, en el que una composición de espuma
extintora del fuego contiene un fluoropolímero de alto peso
molecular y un agente tensioactivo que contiene flúor, un agente
tensioactivo sintético que no contiene átomos de flúor o un agente
espumógeno que contiene una proteína parcialmente hidrolizada.
La presente invención proporciona composiciones
que requieren pocos, o que no requieren, agentes tensioactivos
formados por compuestos químicos fluorados, no obstante los nuevos
concentrados líquidos para luchar contra el fuego cumplen o exceden
los criterios de comportamiento del agente espumógeno formador de
películas acuosas (AFFF) en los fuegos de Case B, según UL 162. Si
el uso de agentes tensioactivos formados por compuestos químicos
fluorados está seriamente restringido por la EPA, estos agentes
serán importantes para el futuro de la lucha contra el fuego.
El mercado comercial de agentes AFFF consta, muy
principalmente, de productos que están listados en las normas UL,
de forma que los consumidores puedan asegurarse de las
características mínimas de comportamiento de los agentes AFFF. La
norma de seguridad UL 162 trata de los concentrados líquidos y de
los equipos espumógenos. La sección 3.16, de la UL 162 (séptima
edición, 1997) define seis concentrados líquidos reconocidos por las
UL como concentrados líquidos de baja expansión. La parte a) define
el agente formador de películas acuosas (AFFF) como
un "concentrado líquido que tiene una base de agente tensioactivo
fluorado más aditivos estabilizadores". La parte b) define una
proteína como "un concentrado líquido que tiene una
proteína hidrolizada más aditivos estabilizadores". La parte c)
define una fluoroproteína (FP) como "un concentrado
líquido que es similar a una proteína, pero con uno o más aditivos
tensioactivos fluorados". La parte d) define una
fluoroproteína formadora de películas (FFFP) como
"un concentrado líquido que tiene tanto una proteína hidrolizada
como una base tensioactiva fluorada más aditivos
estabilizadores". La parte e) define un sintético como
"un concentrado líquido que tiene una base distinta al agente
tensioactivo o a la proteína hidrolizada". Finalmente, la parte
f) define resistente al alcohol como un concentrado líquido
destinado a extinguir tanto fuegos de combustibles polares
(miscibles con agua) como de hidrocarburos.
La aplicación y duración de la espuma en los
ensayos con fuego para ver la reactivación de la ignición, vienen
dadas por la norma UL 162, Tabla 10.1, para los ensayos con fuego de
Clase B. Estos criterios mínimos de comportamiento se deben cumplir
para los concentrados líquidos que están en los "listados UL"
como concentrados líquidos de Clase B. De los seis concentrados
líquidos definidos por UL 162, únicamente el proteínico y el
sintético no contienen agentes tensioactivos fluorados y, de
éstos, únicamente la proteína tiene productos listados en UL
para uso en fuegos con líquidos de Clase B. Hoy en día, únicamente
los concentrados líquidos sintéticos están listados en las
UL como agentes humectantes y están definidos por las UL como
"concentrados líquidos que, cuando se añaden al agua corriente en
las cantidades apropiadas, reducen materialmente la tensión
superficial del agua corriente y aumentan su capacidad de
penetración y de dispersión. Las espumas o las soluciones de
agentes humectantes mejoran la eficacia del agua en la extinción de
fuegos".
Según un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona una composición para luchar contra el
fuego que comprende agua, al menos un agente tensioactivo
hidrocarbonado que no contiene flúor, un agente tensioactivo
formado por un compuesto químico fluorado, y un fluoropolímero de
alto peso molecular que tiene un peso molecular medio de, al menos,
3000 g/mol, caracterizado porque la composición tiene un coeficiente
de dispersión frente al ciclohexano entre aproximadamente -4 (mN/m)
y menos de +3,5 (mN/m), y se proporciona el fluoropolímero en una
cantidad en la que la composición no forma un aislamiento hermético
estable sobre el ciclohexano y cumple los criterios de
comportamiento de la UL 162, Clase B, para los agentes AFFF, y en el
que la composición contiene menos de aproximadamente 0,008% en peso
de flúor por peso proporcionado por el agente tensioactivo formado
por un compuesto químico fluorado.
La invención proporciona, de esta forma,
composiciones para usarlas como concentrados extintores del fuego,
que cumplen o exceden los criterios de comportamiento de las
fluoroproteínas (FP), los AFFF y los AR-AFFF para
los fuegos de Clase B, según UL 162. Estas composiciones incluyen
concentrados líquidos sintéticos estabilizados con polímeros
fluorados de alto peso molecular (HMW-FP), que
extinguen tanto fuegos del tipo Clase B no polar, como fuegos
polares.
Según un aspecto más de la presente invención se
proporciona un método para extinguir o retardar un fuego que
comprende:
- proporcionar una composición para luchar contra el fuego que comprende agua, al menos un agente tensioactivo hidrocarbonado que no contiene flúor, un agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado y fluoropolímero de alto peso molecular que tiene un peso molecular medio de al menos 3000 g/mol, caracterizado porque la composición tiene un coeficiente de dispersión frente al ciclohexano entre aproximadamente -4 (mN/m) y menos de +3,5 (mN/m) y se proporciona el fluoropolímero en una cantidad en la que la composición no forma un aislamiento hermético estable sobre el ciclohexano y cumple los criterios de comportamiento de UL 162, Clase B, para los agentes AFFF, y en el que la composición contiene menos de aproximadamente 0,008% en peso de flúor por peso proporcionado por el agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado; y
- aplicar la composición a un área en la que se desea la extinción o el retardo del fuego.
\newpage
La invención proporciona de esta forma un método
para extinguir fuegos de Clase B usando nuevas composiciones para
luchar contra el fuego que tienen un contenido muy bajo de agente
tensioactivo que tenga un compuesto químico fluorado. Este método
proporciona una rápida extinción y una reactivación del fuego
similar a las proporcionadas por los agentes FP, así como los
agentes AFFF que tienen un alto contenido de agente tensioactivo
formado por un compuesto químico fluorado.
Se ha descubierto que el concentrado líquido
sintético puede estabilizarse para el comportamiento en los fuegos
de líquidos de Clase B (UL 162) con la adición de diversos aditivos
poliméricos estabilizadores de la espuma. El aditivo polimérico
válido y el nivel eficaz necesario para mejorar el concentrado
líquido sintético se puede identificar y determinar mediante un
ensayo de laboratorio. Especialmente eficaces al estabilizar las
burbujas de la espuma de los concentrados líquidos sintéticos para
líquidos de clase B son los polímeros de alto peso molecular
(HMW-FP) que contienen sustituyentes perfluorados,
que incluyen productos comerciales tales como Lodyne 5100,
comercializado por Ciba Speciality Chemicals Corporation, Basel,
Suiza; Chemguard FP-111 y FP-211,
que se pueden conseguir de Chemguard Incorporated, Mansfield, Texas;
y Dynax 5011, comercializado por Dynax Corporation, Elmsford, New
York. Todos estos productos son aditivos para uso en agentes polares
tipo AFFF (AR-AFFF). Se sabe que actúan en las
formulaciones de AR-AFFF quedándose en las burbujas
de la espuma y depositando una fina película impermeable al vapor
entre el disolvente polar soluble en agua y la capa de
espuma-agua a medida que las primeras burbujas son
atacadas por el disolvente. La presente invención proporciona
también agentes de base proteínica extintores del fuego sin el uso
de agentes tensioactivos formados por compuestos químicos
fluorados.
fluorados.
El HMW-FP tiene una toxicidad
más baja comparada con los agentes tensioactivos formados por
compuestos químicos fluorados. En efecto, es mucho más fácil hacer
una lista de polímeros (no reactivos) en el inventario TOSCA que
materiales de bajo peso molecular. De forma similar, en Europa, los
polímeros están eximidos de la lista EINICS. Se comprende con
facilidad que a medida que los polímeros aumentan en su MW (peso
molecular), su tasa de absorción a través de la piel disminuye.
Además, los polímeros de alto MW se absorben rápidamente en
superficies tales como tierra, rocas, etc. y están mucho menos
disponibles a la entrada de vías de agua. Por lo tanto, son por lo
general más benignos desde el punto ve vista medioambiental que los
productos químicos y agentes tensioactivos de
bajo MW.
bajo MW.
La presente invención está relacionada con las
nuevas composiciones extintoras del fuego, especialmente útiles
para extinguir fuegos de líquidos polares (solubles en agua) Clase
B, según UL 162, y no polares (insolubles en agua), mediante la
adición de HMW-FP válidos a diversos concentrados
líquidos sintéticos en niveles eficaces. El polímero válido y el
nivel eficaz se pueden determinar mediante un ensayo de laboratorio
descrito en la Sección experimental de más adelante.
Las composiciones líquidas tensioactivas
sintéticas se pueden producir en muchas concentraciones que
incluyen, pero que no se limitan a, 1, 3 y 6% en peso de
concentrados espumógenos, que son concentraciones comerciales
típicas. Los concentrados pueden ser también inferiores al 1% en
peso o superiores al 6% en peso, o incluso, si se desea, del 10% en
peso. La concentración con el número más bajo para el concentrado es
realmente el producto más concentrado. Por lo tanto, una parte de
concentrado al 1% y 99 partes de agua da 100 partes de premezcla
con la concentración de uso, mientras que tres partes al 3% y 97
partes de agua da 100 partes de premezcla. Según se utiliza aquí,
el término "agua" puede incluir agua pura, desionizada o
destilada, agua del grifo o corriente, agua del mar, salmuera o una
solución acuosa o que contiene agua, o una mezcla capaz de servir
como un componente acuoso de la composición para luchar contra el
fuego.
Por simplicidad, aquí se ponen únicamente
ejemplos de productos de concentrados al 3%, aunque se comprenderá
fácilmente, por parte de los expertos en la materia, que se pueden
usar productos a otras muchas concentraciones. A menos que se
establezca otra cosa, todos los porcentajes aquí presentados para
las composiciones están basados en el peso. Una composición general
para un concentrado líquido al 3% (usado en 3 partes de concentrado
por 97 partes de agua del grifo o corriente) puede incluir los
siguientes componentes:
Los anteriores componentes se reducirán o se
aumentarán, por consiguiente, respecto al concentrado líquido al 3%
para preparar concentrados líquidos sintéticos espumógenos al 6% y
al 1%, u otros niveles de concentrado. Así, para un concentrado al
1%, las cantidades anteriores pueden incrementarse por un factor 3,
mientras que para un concentrado al 6% las cantidades anteriores se
pueden reducir a la mitad.
La mayoría de los concentrados espumógenos de
Clase A encajan dentro de la definición del agente tensioactivo
base, anteriormente definido. Por lo tanto, se puede añadir también
un HMW-FP válido (según se puede determinar a
partir del ensayo de laboratorio descrito) a muchos concentrados
espumógenos de Clase A. De forma similar, se puede añadir también
un HMW-FP válido a un concentrado proteínico líquido
al 3 o al 6% que no contenga o que contenga cantidades limitadas de
agentes tensioactivos formados por compuestos químicos
fluorados.
Los HMW-FP (componente A) son
productos preparados a partir de monómeros perfluorados, tanto mono-
como polifuncionales, polimerizados con monómeros polifuncionales
reactivos, prepolímeros o polímeros de elevado peso molecular con
los sitios reactivos apropiados. Según se usa aquí con respecto a
los fluoropolímeros descritos, el elevado peso molecular (HMW) se
constituye para abarcar aquellos polímeros que tienen un peso
molecular medio a partir de aproximadamente 3000 g/mol o superior,
y más concretamente los que tienen un peso molecular medio a partir
de aproximadamente 5000 g/mol o superior, y todavía más
concretamente los que tienen un peso molecular medio a partir de
aproximadamente 10.000 g/mol, 30.000 g/mol, 50.000 g/mol o superior.
Un intervalo adecuado puede incluir los que tienen un peso
molecular medio a partir de 5000 g/mol, 10.000 g/mol, 20.000 g/mol o
30.000 g/mol hasta aproximadamente 100.000 g/mol, 150.000 g/mol o
más. Pueden estar particularmente indicados los aquellos polímeros
solubles que tengan pesos moleculares relativamente más
elevados.
Ejemplos de fluoropolímeros adecuados incluyen,
pero no se limitan a, los descritos en las Patentes de EE.UU.
números 6.156.222, 5.750.043 y 4.303.534 y la Patente Europea número
EP 0756676A1, que se incorporan aquí como referencia. Szonyi y
Cambon describen un polímero de adición adecuado entre el Fluotan
B830, una
perfluoro-alquil-poliamina, y la
goma xantano en FIRE Safety Journal, 16, (1990), páginas
353-365, que se incorpora aquí como referencia.
Otro polímero perfluorado adecuado se prepara a partir de
(hidroxipropil)celulosa (Hercules Klucel, peso molecular =
60.000) y cloruro de perfluorooctanilo , según se describe en
Macromolecules, 27, 1994, páginas 6988-6990, que se
incorpora aquí como referencia. Un polímero adecuado que se puede
conseguir comercialmente (componente A) es el Lodyne 5100, que es
un poliaminoácido perfluorado (aniónico) de elevado peso molecular y
contiene aproximadamente 19% de flúor por peso de sólidos. Otros
polímeros adecuados que se pueden conseguir comercialmente incluyen
polioles perfluorados de elevado peso molecular, que se puede
conseguir como Chemguard FP-111, que es un poliol
no aniónico y contiene aproximadamente 17% de flúor por peso de
sólidos, y Chemguard FP-211. El Chemguard
FP-111 tiene perfluoro-colas de
C_{8}-C_{12}, mientras que el Chemguard
FP-211 tiene únicamente
perfluoro-colas C_{4}
(CF_{3}CF_{2}CF_{2}CF_{2}-).
Dynax 5011 es un polímero aniónico de peso
molecular relativamente inferior (es decir, peso molecular = 5000
g/mol) que contiene aproximadamente 18% de flúor por peso de
sólidos, no funcionaba bien solo, pero lo hacía cuando se combinaba
con Lodyne 5100 como una mezcla 50/50. Por lo tanto, se ha
descubierto que se pueden usar eficazmente polímeros que se
comporten más pobremente si se mezclan con polímeros de mayor
eficacia tales como Lodyne 5100 o Chemguard
FP-111.
Los fluoropolímeros de peso molecular elevado se
pueden usar en una cantidad que proporcione un concentrado
espumógeno que pueda tener desde aproximadamente 0,005% o menos,
hasta aproximadamente 6% o más de flúor por peso de concentrado,
más generalmente desde aproximadamente 0,01% hasta aproximadamente
4,5% de flúor por peso de concentrado. La espuma o composición
final para luchar contra el fuego puede tener un contenido de flúor
desde aproximadamente 0,0003% hasta aproximadamente 0,065% de flúor
por peso de solución, siendo típico desde aproximadamente 0,0006%
hasta aproximadamente 0,05% en peso de flúor procedente de los
fluoropolímeros, y siendo más típico desde 0,001% hasta
aproximadamente 0,035% por peso de flúor. Las cantidades de flúor
procedentes del fluoropolímero variará en el concentrado
dependiendo del tipo de concentrado empleado. Así, un concentrado
al 3% puede tener desde aproximadamente 0,01% en peso de flúor hasta
aproximadamente 2% en peso de flúor procedente del
HMW-FP, siendo típico desde aproximadamente 0,02%
hasta aproximadamente 1,5% en peso, y siendo más típico desde
aproximadamente 0,05% hasta aproximadamente 1% en peso. Un
concentrado espumógeno al 1% puede tener desde aproximadamente
0,03% hasta aproximadamente 6% en peso de flúor procedente del
HMW-FP, siendo típico desde aproximadamente 0,06%
hasta aproximadamente 4,5% en peso de flúor, y siendo más típico
desde aproximadamente 0,15% hasta aproximadamente 3% en peso de
flúor. Un concentrado al 6% puede tener desde aproximadamente 0,005%
hasta aproximadamente 1% en flúor procedente del
HMW-FP, siendo típico desde aproximadamente 0,01%
hasta aproximadamente 0,5% en peso de flúor, y siendo más típico
desde aproximadamente 0,025% hasta aproximadamente 0,4% en peso de
flúor.
Los agentes tensioactivos hidrocarbonados
anfóteros (componente B) incluyen, pero no se limitan a, los que
contienen, en la misma molécula, amino y carboxilo, éster sulfúrico,
sulfónico y similares. Están incluidas las sulfobetaínas y las
alquil(C6-C14)betaínas superiores. Los
productos que se pueden conseguir comercialmente incluyen
Chembetaine CAS y Mirataine CS, ambas sulfobetaínas, y Deriphat
160C, un C12-amino-dicarboxilato.
Estos productos son agentes espumógenos y ayudan a reducir la
tensión interfacial en la solución acuosa.
Los agentes tensioactivos hidrocarbonados
aniónicos (componente C) incluyen, pero no se limitan a,
alquil-carboxilatos, sulfatos, sulfonatos y sus
derivados etoxilados. Son adecuadas las sales de metal alcalino y de
amonio. Son adecuados los agentes tensioactivos hidrocarbonados
C8-C16, de forma más restringida los
C8-C12, y siendo aún más adecuado de forma más
restringida todavía los C8-C10.
Los agentes tensioactivos hidrocarbonados no
iónicos (componente D) ayudan a reducir la tensión interfacial y a
solubilizar otros componentes, especialmente en aguas duras, en agua
del mar o en soluciones de salmuera. Además, sirven para controlar
el drenaje de la espuma, la fluidez de la espuma, y la expansión de
la espuma. Los agentes tensioactivos no iónicos incluyen, pero no
se limitan a, derivados de poli(oxietileno) de alquilfenoles,
alcoholes lineales o ramificados, ácidos grasos, alquilaminas,
alquilamidas, y glicoles acetilénicos,
alquil-glicosidos, y poliglicosidos, como definió
la Patente de EE.UU. 5.207.932 (incorporada aquí como referencia) y
otras, y polímeros de bloque de unidades poli(oxietileno) y
poli(oxipropileno).
Los agentes tensioactivos formados por
compuestos químicos fluorados (componente E) son típicamente
moléculas con una única cola perfluorada y pueden tener múltiples
cabezas hidrófilas. Se pueden encontrar ejemplos de agentes
tensioactivos formados por compuestos químicos fluorados en muchas
de la patentes relacionadas con los AFFF, que incluyen, pero que no
se limitan a, los descritos en las patentes de EE.UU. números
5.616.273, 5.218.021, 5.085.786, 4.999.119, 4.472.286, 4.420.434,
4.060.489.
Se pueden añadir cantidades de agente
tensioactivo formado por compuestos químicos fluorados para aumentar
la velocidad de extinción y la resistencia a la reactivación del
fuego. El contenido total de agente tensioactivo formado por
compuestos químicos fluorados puede ser inferior a la mitad de los
niveles típicos prácticos en ausencia de polímeros fluorados para
proporcionar un comportamiento según UL 162 en los fuegos de Clase
B. El agente tensioactivo fluorado puede proporcionar menos de
aproximadamente 0,2% ó 0,1% de flúor en un concentrado al 3%, o
menos de aproximadamente 0,006% ó 0,003% de flúor, respectivamente,
en la concentración de trabajo. El contenido de flúor proporcionado
por cualquier agente tensioactivo fluorado en la composición final,
o en la de trabajo, en la lucha contra el fuego puede ser inferior
al 0,002% o incluso al 0,001% de flúor por peso de la composición
de trabajo. Esto se compara muy favorablemente con los datos de la
Patente de EE.UU. número 5.207.932 que da lugar a un producto
comercial con bajo contenido final de flúor activo de 0,013% de
flúor (una reducción del 55% en el contenido de flúor). Los
adyuvantes de la espuma (componente F) se usan para potenciar las
propiedades del drenaje y la expansión de la espuma, mientras que
proporcionan una acción de solubilización y anticongelante. En las
Patentes de EE. UU números 5.616.273, 3.457.172, 3.422.011 y
3.579.446 se describen adyuvantes útiles de la espuma.
Los típicos adyuvantes de la espuma son
alcoholes o éteres tales como; éteres monoalquílicos de etilenglico,
éteres monolaquílicos de trietilenglicol,
1-butoxietoxi-2-propanol,
glicerina, y hexilenglicol.
El envase de protección contra la congelación
(componente G), incluye glicerina, etilenglicol, dietilenglicol, y
propilenglicol. También están incluidas sales y otros sólidos que
reducen el punto de congelación, tal como cloruro de calcio, de
potasio, de sodio, de amonio y la urea. El componente H, el
secuestrante, el tampón y el envase contra la corrosión, son
agentes secuestrantes y quelantes representados por los poli(ácidos
aminopolicarboxílicos), ácido etilendiaminotetraacético,, ácido
cítrico, ácido tartárico, ácido nitrilotriacético, ácido
hidroxietil-etilendiaminotriacético, y sus sales.
Los tampones están representados por los tampones fosfato de
Sorensen o citrato de Mcllvaine. Los inhibidores de la corrosión
están únicamente limitados por la compatibilidad con otros
componentes de la fórmula. Estos pueden estar representados por el
orto-fenilfenol, toluil-triazol,
ácidos de éster fosfato.
El componente I es una sustancia formadora de
película polimérica soluble en agua y se pueden usar para la
formulación de los agentes AR-AFFF (resistentes al
alcohol) que se usan para luchar contra fuegos de combustibles y de
disolventes tanto polares (solubles en agua) como no polares. Estas
sustancias formadoras de películas poliméricas, disueltas en
agentes AR-AFFF, precipitan a partir de la solución
cuando las burbujas se ponen en contacto con los disolventes
polares y el combustible, y forman una película polimérica que
repele el vapor en la interfase disolvente/espuma, evitando además
que la espuma se deshaga. Ejemplos de compuestos adecuados incluyen
gomas tixotrópicas de polisacáridos como las descritas en las
Patentes de EE.UU. números 3.957.657, 4.060.132, 4.060.489,
4.306.979, 4.387.032, 4.420.434, 4.424.133, 4.464.267, 5.218.021, y
5.750.043. Los compuestos adecuados que se pueden conseguir
comercialmente están comercializados como Rhodopol, Kelco, Keltrol,
Actigum, Cecalgum, Calaxy, y Kalzan.
Las gomas y resinas útiles como componente I
incluyen gomas ácidas tales como goma xantano, ácido péctico, ácido
algínico, agar, goma de carragenanos, goma rhamsam, goma welan, goma
mannan, goma de algarrobo, goma galactomannan, pectina, almidón,
ácido algínico bacteriano, succinoglucano, goma arábiga,
carboximetilcelulosa, heparina, goma polisacárida con ácido
fosfórico, sulfato de dextrano, sulfato de dermantano, sulfato de
fucano, goma karaya, goma tragacanto y goma de algarrobo
sulfatada.
Los polisacáridos neutros útiles como
componentes I incluyen: celulosa, hidroxietilcelulosa, dextrano, y
dextranos modificados, glucanos neutros, hidroxipropilcelulosa, así
como otros éteres y ésteres de celulosa. Los almidones modificados
incluyen éteres, ésteres de almidón, almidones oxidados, y almidones
digeridos enzimáticamente.
Los componentes J, agentes antimicrobianos y
conservantes, se pueden usar para impedir la descomposición
biológica de los polímeros basados en productos naturales
incorporados como componentes I. Se incluyen el Kathon CG/ICP y
Givgard G-4-40 fabricados por Rohm
& Haas Company y Givaudan, Inc., respectivamente, y están
descritos en la Patente de EE.UU. número 5.207.932, que se
incorpora aquí como referencia. Se describen agentes conservantes
adicionales en las patentes de agentes polares anteriormente
mencionadas, números 3.957.657, 4.060.132, 4.060.489, 4.306.979,
4.387.032, 4.420.434, 4.424.133, 4.464.267, 5.218.021, y
5.750.043.
Los componentes K incluyen electrolitos que se
pueden añadir a los agentes AFFF y AR-AFFF para
equilibrar el comportamiento de tales agentes cuando se
proporcionan con aguas que van desde blanda a muy dura, incluyendo
agua de mar o salmuera, y para mejorar el comportamiento del agente
en aguas muy blandas. Los electrolitos típicos son sales de metales
monovalentes o polivalentes de los Grupos 1, 2 ó 3, o bases
orgánicas. Los metales alcalinos particularmente útiles son el
sodio, potasio, y litio, o los metales alcalinotérreos,
especialmente magnesio, calcio, estroncio, y cinc y aluminio. Las
bases orgánicas podían incluir sales de amonio, trialquilamonio,
bis-amonio o similares. Los aniones del electrolito
no son críticos, excepto que los haluros pueden no ser deseables
desde el punto de vista de la corrosión metálica. Los sulfatos,
bisulfatos, fosfatos, nitratos y similares son aceptables. Los
ejemplos de sales polivalentes incluyen cosas tales como sulfato de
magnesio y nitrato de magnesio.
Los componentes L son estabilizadores y
espesantes poliméricos de la espuma que se pueden incorporar
opcionalmente a los agentes AFFF y AR-AFFF para
potenciar las propiedades de estabilidad de la espuma y de drenaje
de la espuma. Ejemplos de estabilizadores y espesantes poliméricos
son las proteínas parcialmente hidrolizadas, almidones, resinas
polivinílicas tales como el poli(alcohol vinílico),
poliacrilamidas, polímeros carboxivinílicos, polipirrolidina, y
poli(oxietilen)glicol. Por todo el mundo se
comercializan muchos concentrados tensioactivos sintéticos
comerciales, e incluyen los que se pueden conseguir de Chemguard,
Kidde, y Tyco. Se pueden añadir polímeros perfluorados de alto peso
molecular a estos concentrados líquidos en una concentración eficaz.
Estos productos incluyen: espumas de Clase A (CLASS A PLUS y
SILVEX), excelentes para extinguir los incendios forestales,
incendios estructurales e incendios de neumáticos; espumas de alta
expansión que se venden con los nombres HI-EX,
EXTRA, C2, y VEE-FOM; espumas supresoras del vapor
vendidas por Chemguard como espuma VRC; espuma bomba, un producto
al 6% vendido por Chemguard como AFC-380.
Los concentrados tensioactivos sintéticos
listados como "agentes humectantes" por Underwriters Laboratory
se pueden incluir también como mezclas tensioactivas básicas para
usarlas en esta invención. Los productos listados por UL como
"agentes humectantes" son los que siguen: Fire Strike, de
Biocenter Inc.; Bio-Fire, de Envirorenu
Technologies LLC; Enviro-Skin 1%, de Environmental
Products Inc.; F-500, de Hazard Control Technologies
Inc.; Knockdown, de Nacional Foam Inc.; Phos-Check
WD881, de Solutia Inc.; Flameout, de Summit Environmental Corp.
Inc.; Micro-Blazeout, de Verde Environmental Inc.;
Bici-solve, de Westford Chemical Corp.
En los ejemplos de más adelante, se hace
referencia a especificaciones o procedimientos que se pueden usar
en la industria para evaluar la eficacia de los concentrados
tensioactivos sintéticos. Más específicamente, los ejemplos se
refieren a las siguientes especificaciones y métodos de ensayo de
laboratorio:
Basado en los ensayos de laboratorio, la tensión
superficial del ciclohexano usado para calcular el SC (coeficiente
de dispersión) era de 24,7 mN/m. El SC respecto al ciclohexano para
las composiciones para luchar contra el fuego aquí descritas pueden
variar de aproximadamente -4 a 4 mN/m o más, sin formar una película
a 23ºC.
Se coloca sobre una superficie oscura y húmeda,
una placa petri pyrex de 100 \times 20 mm, de forma que sea
posible una buena observación visual. Se añaden a la placa petri 50
ml de disolvente ciclohexano. Se coloca en el centro de la placa,
con la punta hacia arriba, un tornillo para madera, de acero
inoxidable de \sim1,3 cm de largo. Se dispara el temporizador
simultáneamente a la adición desde una pipeta, gota a gota, de 3 ml
de premezcla en intervalos de un segundo sobre la parte superior del
tornillo.
Cuando la superficie del disolvente está
completamente cubierta con la película, se registra el tiempo de
aislamiento hermético. Se deja que corra el temporizador y se retira
con cuidado el tornillo para no afectar a la capa de la película.
Con un encendedor, se comprueba la superficie para ver si se ha
completado el aislamiento hermético. Si el aislamiento hermético no
es completo o se rompe, el disolvente arde o dará un fogonazo. Las
llamas se extinguen por asfixia y se registra el resultado. Se forma
un aislamiento hermético estable si después de dos minutos a partir
del momento en que se ha formado el aislamiento hermético, el
combustible no arderá cuando se aproxime una llama a la superficie
del combustible.
Se preparan 100 ml de una premezcla que se va a
someter a ensayo con agua del grifo o con agua del mar artificial
(como la definida en ASTM D1141). Se vierten 100 ml de premezcla en
un mezclador Waring con un bote de vidrio. A la velocidad de
mezcla, la solución de la premezcla se mezcla durante 20 segundos.
La espuma generada se vierte en un cilindro graduado de 1000 ml. Se
registra la altura de la espuma y se calcula la relación de la
expansión de la espuma dividiendo el volumen de la espuma (ml) entre
el peso de la espuma (g). Se registra el tiempo que transcurre
entre el momento en que se ha parado el mezclador y el drenaje en el
cilindro graduado alcanza 25,0 ml. Este tiempo se denomina tiempo
de drenaje de 1/4.
Este ensayo se puede llevar a cabo para
determinar cual de los muchos HMW-FP (polímeros
fluorados de alto peso molecular) puede ser útil y qué
concentración puede ser necesaria para proporcionar el
comportamiento extintor del fuego deseado.
El polímero o mezcla de polímeros que se va a
evaluar se formula, normalmente, con un contenido de flúor de
aproximadamente 0,3-0,5% en un concentrado líquido
sintético al 3% (Blanco A, Tabla 1). El concentrado se hace en una
premezcla y luego se transforma en espuma usando el procedimiento de
Método de ensayo 3, descrito anteriormente.
Se calienta el heptano a aproximadamente 73ºC y
se vierten 150 ml en cada uno de los dos vasos de precipitados de
1000 ml puestos en paneles aislantes al nivel de 150 ml. Cuando la
temperatura alcanza aproximadamente 70ºC, se vierten en cada vaso
de precipitados 150 ml de espuma previamente hecha. El tiempo
empieza a contar tan pronto como cada capa de heptano está
totalmente cubierta de espuma. Nota: El agua puede inmediatamente
empezar a drenar desde la espuma y pasa a través del heptano hasta
el fondo del vaso de precipitados. A medida que la espuma continúa
el drenaje y se descompone, rompen las burbujas de vapor cerca de la
superficie del heptano, como si fuera con una pipeta. Finalmente,
la capa de espuma se hace más delgada y la capa de heptano rompe
hacia el aire. Cuando la capa de heptano comienza a romper de forma
que aproximadamente el 1% de la superficie del heptano está
abierta, se para el temporizador. El tiempo de vida de la espuma se
calcula mediante la ecuación:
(2)Tiempo \ de
\ vida \ de \ la \ espuma \ (minutos) = FO_{t} -
FC_{t}
donde,
FC_{t} = Tiempo transcurrido hasta cubrirse de
espuma
FO_{t} = Tiempo transcurrido hasta que abre la
espuma en 1%.
\newpage
El tiempo de vida de la espuma incluye el
promedio de dos o más medidas desde el momento en que se cubre de
espuma hasta el momento en que la espuma se rompe. Los polímeros o
mezclas de polímeros útiles pueden tener tiempos de vida de la
espuma iguales o superiores a 30 minutos, 40 minutos, 50 minutos, 60
minutos o más. Después de aproximadamente 60 minutos, u otro
periodo de tiempo asignado, la espuma restante se decanta desde el
vaso de precipitados y se pesa. A modo de ejemplo, la fórmula del
Blanco A discutida más adelante tenía un tiempo de vida de espuma
de únicamente 6,7 minutos y toda la espuma desapareció en 7,5
minutos.
Este ensayo se puede usar para comprobar los
concentrados líquidos sintéticos como premezclas en agua del grifo
y en agua de mar sintética. En los ejemplos aquí presentados, este
ensayo se usó para concentrados líquidos sintéticos al 3%. Para
cada ensayo con fuego, se cargaron \sim250 litros de heptano en
una artesa UL de acero de alta densidad, de \sim4,645 m^{2},
con suficiente agua en el fondo para dar al menos 20,3 cm de altura
en la pared lateral. Se puso en un soporte una boquilla aspiradora
de tipo del Ejército de EE.UU. ajustada para dar un caudal de
\sim9,092 litros por minuto. Se enciende el fuego, se deja que
arda durante 60 segundos, y se dirige luego la espuma dirigida
directamente sobre la superficie del combustible hasta que el fuego
se extingue aproximadamente en un 75%. Después de ello, se puede
mover la boquilla para dirigir la corriente de espuma hacia atrás y
hacia delante, a través de la superficie, hasta que se obtiene la
extinción de aproximadamente el 90% (tiempo de control), momento en
el que el fuego puede ser combatido desde dos lados de la artesa.
Se registran los tiempos cuando hay un control del 90% y en la
extinción. Se continúa la aplicación de espuma durante un total de
3 minutos.
Aproximadamente a los 8 minutos, se pone un tubo
de acero para salida de humos de \sim0,0929 m^{2}, a 0,03048 m
de cada lado de la última esquina extinguida y se retira toda la
espuma dentro del tubo. Después de esperar 9 minutos, desde que se
ha cortado la espuma, se prende el combustible dentro del tubo y se
deja que arda durante 1 minuto. Se retira luego el tubo y se
empieza a contar el tiempo de reactivación del fuego. Cuando el
fuego aumenta hasta un 20% del área de la artesa, se registra el
tiempo de reactivación del fuego.
La calidad de la espuma se mide tomando la
relación de expansión y el tiempo de drenaje desde la boquilla
después de la realización del ensayo con fuego.
Un producto AFFF pasa el ensayo con fuego, Clase
B, en la parte superior, según UL 162 tipo III, extinguiendo antes
de 3 minutos y teniendo una reactivación del fuego igual o superior
a 5 minutos. Los productos más fuertes dan tiempos de extinción más
cortos y de reactivación del fuego, más largos.
Este ensayo usa la misma artesa de \sim4,645
m^{2} como en el ensayo anterior del heptano (5), pero ahora la
espuma se aplica a una de las paredes del fondo en vez de
directamente en el combustible. La tasa de aplicación es de
\sim20,4575 l/m o \sim4,40 l/m^{2} desde una boquilla situada
sobre un soporte. Durante la aplicación de la espuma no se permite
tocar ni mover la boquilla. Se ponen en la artesa \sim250 litros
de isopropanol (no agua), se toma la temperatura y se prende fuego.
Después de un minuto de preignición, comienza la aplicación de la
espuma. La espuma se aplica durante cinco minutos, mientras, se
registran los tiempos de control y de extinción.
Aproximadamente a los 13 minutos del final de la
aplicación de la espuma, se pone un tubo de acero para salida de
humos de \sim0,0929 m^{2}, a 0,03048 m de cada lado de la última
esquina extinguida y se retira toda la espuma dentro del tubo.
Después de esperar 15 minutos desde que se ha cortado la espuma, se
prende el combustible dentro del tubo y se deja que arda durante 1
minuto. Se retira luego el tubo y se empieza a contar el tiempo de
reactivación del fuego. Cuando el fuego aumenta hasta un 20% del
área de la artesa, se registra el tiempo de reactivación del
fuego.
La calidad de la espuma se mide tomando la
relación de expansión y el tiempo de drenaje desde la boquilla
después de la realización del ensayo con fuego.
Un producto AR-AFFF (polar) pasa
este ensayo con fuego extinguiendo antes de 5 minutos y teniendo una
reactivación del fuego igual o superior a 5 minutos. Los productos
más fuertes dan tiempos de extinción más cortos y de reactivación
del fuego, más largos.
Este ensayo se puede usar para comprobar
concentrados líquidos como premezclas en agua del grifo y en agua
de mar sintética. En los ejemplos aquí presentados, este ensayo se
usó sobre concentrados sintéticos al 3%. Para cada ensayo con
fuego, se cargan \sim250 litros de heptano en una artesa UL, de
acero de alta densidad, de \sim4,645 m^{2}, con suficiente agua
en el fondo para dar al menos 20,3 cm de altura en la pared lateral.
Se puso en un soporte una boquilla aspiradora de tipo del Ejército
de EE.UU. ajustada para dar un caudal de \sim13,638 litros por
minuto. Se enciende el fuego, se deja que arda durante 60 segundos,
y luego se dirige la espuma directamente sobre la superficie del
combustible hasta que el fuego se extingue aproximadamente en un
75%. Después de ello, se puede mover la boquilla para dirigir la
corriente de espuma hacia atrás y hacia delante, a través de la
superficie, hasta que se obtiene la extinción de aproximadamente el
90% (tiempo de control), momento en el que el fuego puede ser
combatido desde dos lados de la artesa. Se registran los tiempos
cuando hay un control del 90% y en la extinción. Se continúa la
aplicación de espuma durante un total de 5,0 minutos.
Aproximadamente a los 14 minutos, se pone un
tubo de acero para salida de humos de \sim0,0929 m^{2}, a 0,030
m de cada lado de la última esquina extinguida y se retira toda la
espuma dentro del tubo. Después de esperar 15 minutos desde que se
ha cortado la espuma, se prende el combustible dentro del tubo y se
deja que arda durante 1 minuto. Se retira luego el tubo y se
empieza a contar el tiempo de reactivación del fuego. Cuando el
fuego aumenta hasta un 20% del área de la artesa, se registra el
tiempo de reactivación del fuego. La calidad de la espuma se mide
tomando la relación de expansión y el tiempo de drenaje desde la
boquilla después de la realización del ensayo con fuego.
Un producto FP pasa este ensayo con fuego
extinguiendo antes de 5 minutos y teniendo una reactivación del
fuego igual o superior a 5 minutos. Los productos más fuertes dan
tiempos de extinción más cortos y de reactivación del fuego, más
largos. Hay que indicar que los FP cuando se comparan con los
agentes AFFF se aplican a razón de \sim2,94 l/m^{2} frente a
\sim1,984 l/m^{2} y durante dos minutos más que los agentes
AFFF; se requiere para los FP una reactivación del fuego superior a
21 minutos como mínimo, frente a 15 minutos para los agentes
AFFF.
Se usaron tres concentrados tensioactivos
sintéticos simples al 3% para los ejemplos dados en esta solicitud
de patente; más adelante se dan los blancos A, B y C.
Chemguard HS-100 es un agente
tensioactivo hidrocarbonado aniónico que se puede conseguir
comercialmente, fabricado por Chemguard Inc., al 45% de sólidos en
agua. La
cocoamidopropil-hidroxipropil-betaína
usada era la que se podía conseguir como Chembetaine CAS, que una
cocoamidopropil-hidroxipropil-betaína
con un 50% de sólidos, que se puede conseguir de Chemron. El
decilsulfato de sodio usado era el que se puede conseguir como
Sulfochem NADS, que es un decilsulfato de sodio en agua con un 30%
de sólidos, que se puede conseguir de Chemron. El polisacárido era
goma xantano ADM, de ADM. El éter de glicol DB es
butil-carbitol o
2-(2-butoxietoxi)etanol y se carga el
sulfato de magnesio como heptahidratado.
Lodyne 5100, se puede conseguir de Ciba
Speciality Chemicals Corporation, y contiene 6,5 de flúor como tal.
Chemguard FP-111 y Chemguard FP-211,
mediante ensayo tenían 3,3% de flúor, como tal, cada una de ellas.
Dynax 5011 de Dynax Corporation, mediante ensayo tenía 6,3% de
flúor, como tal, mientras que Forafac EMP68 de Atofina tenía 6,2%
de flúor, como tal.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las composiciones de ejemplos Blanco A, B y C se
dan en la Tabla 1. El Blanco A es el concentrado tensioactivo usado
para la evaluación de los HMW-FP como en las Tablas
3a y 3b usando el Ensayo de estabilidad de la espuma con heptano
caliente. Éste es un concentrado básico y no un concentrado
optimizado. Los HMW-FP, que incluyen productos
individuales o mezclas, se pueden evaluar desde aproximadamente un
contenido de flúor de 0,3 a 0,5% en un concentrado espumógeno
sintético líquido al 3%.
El Blanco A (Tabla 3A) dio únicamente 6,7
minutos de vida de la espuma como se determinó mediante el Ensayo
de estabilidad de la espuma con heptano caliente (Ensayo 4) y falló
el ensayo con fuego de Clase B, según UL 162 (Tabla 4a). A los 3,0
minutos, el Blanco A había extinguido únicamente el 95% del fuego y
únicamente el 98% cuando la espuma se agotó a los 3,8 minutos, por
lo tanto, no se pudo realizar el ensayo de reactivación del fuego.
A los 5,0 minutos, después de parar la aplicación de la espuma, toda
la espuma había desaparecido. Este comportamiento es representativo
de las espumas humectantes de Clase A y UL, sobre combustibles de
Clase B a \sim9,092 litros/minuto o \sim1,948 l/m^{2}).
Normalmente, las espumas de Clase A requieren velocidades de
aplicación más altas de \sim13,64-22,73 l/minuto
para extinguir el fuego de Clase B en un tiempo inferior a 3,0
minutos. Sin embargo, incluso con esta velocidad de aplicación más
alta, las espumas de Clase A normalmente no han dejado espuma al
comienzo del tiempo de reactivación del fuego.
En el ensayo con fuego de Clase B, según UL 162,
el Blanco B, que utilizó el Blanco A más Chemguard
HS-100 con 0,8 de sólidos, el fuego se extinguió en
un 99,5% a los 3,0 minutos, pero continuaron ardiendo pequeñas
llamas a lo largo de los bordes y aumentaron en intensidad después
de 1,0 minuto, por lo tanto no se pudo realizar el ensayo de
reactivación del fuego.
\newpage
El Blanco c (Tabla 1), que utilizó el Blanco A
más polisacáridos con 0,8% de sólidos y 0,9% de Chembetaine CAS,
únicamente extinguió el 90% del fuego de Clase B, según UL 162
(Tabla 6) en 3,0 minutos. El Blanco C, por los tanto, falló el
ensayo de fuego en heptano, de Clase B, según UL 162.
Las composiciones de las muestras
A1-A8 se dan en las Tablas 1, 2a, y 2b. Todos estos
concentrados se prepararon mediante la adición del
HMW-FP al Blanco A: Lodyne 5100, Chemguard
FP-111, Chemguard FP-211, Dynax
5011; Forafac EMP68-II, y sus mezclas.
Las tensiones superficial e interfacial medidas
en agua del grifo frente al aire y al ciclohexano respectivamente,
se dan en las Tablas 2a y 2b. Se indicó que el Blanco A tenía tanto
la tensión superficial más alta como la tensión interfacial más
baja y un coeficiente de dispersión negativo de -0,6 mN/m. De las
composiciones que contienen los polímeros fluorados,
A1-A8, la tensión superficial más alta era de 24,3
mN/m (A4a y A4b con Dynax 5011) y la más baja era de 20,3 mN/m (A2
y A6 con Chemguard FP-111). Había menos dispersión
en las tensiones interfaciales con un valor alto de 3,5 mN/m y un
valor bajo de 2,1 mN/m. Por lo tanto, los coeficientes de
dispersión se calcularon tan bajos como -3,1 mN/m, hasta tan altos
como +2,3 mN/m. Sin embargo, aunque 5 de las 10 composiciones
tenían coeficientes de dispersión positivos, ninguna de la
premezclas se dispersó más del 10% sobre el heptano e
inmediatamente todo se incendió y se quemó cuando se aproximó una
llama a la superficie del ciclohexano.
Aquellas muestras que no contenían agente
tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado, aunque en
algunos casos tuvieran coeficientes de dispersión positivos, no
aislaron herméticamente el ciclohexano ni evitaron la ignición ni
el quemado del vapor. Por eso, no son, por definición, composiciones
AFFF.
Ensayo de laboratorio para comprobar la
estabilidad de la espuma con heptano caliente (Ensayo 4), para las
muestras A1-A8 (Tablas 3a y 3b) se usó para
seleccionar los HMW-FP adecuados. Los
HMW-FP, que incluyen productos individuales o
mezclas, se pueden evaluar con un contenido de flúor de
aproximadamente 0,3% a 0,5% en un concentrado espumógeno líquido
sintético, como tal.
A partir de las Tablas 3a y 3b, se ve que seis
de las diez muestras tenían tiempos de vida de la espuma que
excedían los 60 minutos. Las muestras A4a y A4b, que contenían Dynax
5011; la muestra A5, que contenía Forafac EMP68-II;
y el Blanco A, tenían cada una de ellas unos tiempos de vida que
estaban por debajo de 60 minutos, e incluso por debajo de 30
minutos.
Se descubrió que una mezcla 50/50 de Lodyne
5100/Dynax 5011 (Muestra A8), proporcionaba, sin embargo, un tiempo
de vida de la espuma superior a 60 minutos, como se hicieron mezclas
de Lodyne 5100/Chemoguard FP-111 (Muestra A6) y
Lodyne 5100/Chemguard FP-211 (A7).
Las Tablas 4a y 4b exponen la realización de los
ensayos con fuego de Clase B, sobre una artesa cuadrada de
\sim4,645 m^{2}, de acero UL, con \sim250 litros de heptano.
La velocidad de aplicación de la espuma fue de \sim9,092
litros/minuto o \sim1,948 l/m^{2}. Todos los fuegos se
efectuaron sobre combustible a 25-30ºC y una capa
inferior de agua a 25-30ºC. El Blanco A y A5 fueron
los únicos concentrados al 3% que fallaron al extinguir el fuego
dentro del periodo de tiempos requerido de 3,0 minutos. El Blanco A
también falló en el ensayo de reactivación del fuego requerido (5,0
minutos), como lo hicieron A4a, A4b, y A5. Esto se esperaba
basándose en sus pobres comportamientos en el ensayo del heptano
caliente con tiempos de vida de la espuma muy inferiores a 60
minutos o incluso a 30 minutos. En efecto, las composiciones que no
pueden durar 60 minutos o incluso 30 minutos en el ensayo del
heptano caliente no pueden tener la estabilidad necesaria para
satisfacer los requisitos del ensayo de reactivación del fuego,
según UL 162, equivalente a una retención de 15 minutos después de
parar la aplicación de la espuma.
Se observó un excepcional comportamiento en la
reactivación del fuego con las composiciones A1, A2, y A3 con
Lodyne 5100 y Chemguard FP-111 y
FP-211. Tenían mejor comportamiento en la
reactivación del fuego que muchos agentes AFFF que contienen más de
0,4% de flúor en sólidos en forma de agentes tensioactivos formados
por compuestos químicos fluorados. Las relaciones de expansión y
los tiempos de drenaje estuvieron bien dentro de los valores
esperados para buenos agentes extintores del fuego.
Las composiciones A1, A2, A3, A6, A7, y A8
satisficieron los requisitos del ensayo de fuego de Clase B, según
UL 162, para agentes AFFF con únicamente 0,30 a 0,40% de flúor,
aunque no se clasificaran como tales.
Las composiciones de las muestras
B1-B4a vienen dadas en las Tablas 1 y 2c. Todos
estos concentrados se preparan mediante la adición de los
siguientes HMW-FP al Blanco B: Lodyne 5100,
Chemguard FP-111, Chemguard FP-211,
y Dynax 5011.
La tensión superficial y la interfacial medidas
en agua del grifo frente a aire y ciclohexano, respectivamente,
vienen dadas en la Tabla 2c. Hay que indicar que el Blanco B no
tenía ni la tensión superficial más alta ni la tensión interfacial
más alta y un coeficiente de dispersión negativo de -3,1 mN/m. De
las composiciones que contienen los polímeros fluorados,
B1-B4a, la tensión superficial más alta era de 24,4
mN/m (B4a con Dynax 5011) y la más baja era de 19,6 mN/m (B3 con
Chemguard FP-211). Hubo una dispersión menor en las
tensiones interfaciales con un valor alto de 3,0 mN/m y un valor
bajo de 2,2 mN/m. Por los tanto, los coeficientes de dispersión se
calcularon tan bajos como -3,1 mN/m y tan grandes como +2,9 mN/m.
Sin embargo, aunque 2 de las 5 composiciones tenían coeficientes de
dispersión positivos, ninguna de las premezclas se dispersó más del
10% en el heptano y todas se incendiaron inmediatamente y se
quemaron cuando se aproximó una llama a la superficie del
ciclohexano.
Las composiciones que no contenían agentes
tensioactivos formados por compuestos químicos fluorados, aún
teniendo en algunos casos coeficientes de dispersión positivos, no
formaron un aislamiento hermético sobre el ciclohexano ni
impidieron el incendio inmediato del vapor ni su combustión.
De la Tabla 5, únicamente el Blanco B falló el
ensayo del fuego según UL 162 (es decir, tiempo de extinción <3
minutos, tiempo de reactivación del fuego >5 minutos), mientras
que todas composiciones que contienen HMW-FP
elegidas a partir del ensayo del heptano caliente (Ensayo 4) de las
Tablas 3a y 3b los pasaron fácilmente. Hay que indicar que
incluyendo Chemguard HS-100 en el Blanco B, en
general dio tiempos de control y tiempos de extinción más rápidos.
Comparando la muestra A1 con la B1 y A2, los tiempos de extinción se
redujeron en 0,8 y 0,5 minutos, respectivamente. De nuevo, el
comportamiento en la reactivación del fuego fue excepcional para B1
y B2 hechos con Lodyne y Chemguard FP-111.
La tabla 5 muestra los datos de comportamiento
del agua del mar para B1 y B, que satisfacen completamente los
requisitos del ensayo del fuego de Clase B, según UL 162, para
agentes AFFF.
Los agentes de tipo polar extintores del fuego
se pueden preparar fácilmente usando los HMW-FP como
los aquí descritos. Estas composiciones, conocidas como productos
3X3 se pueden usar en tasas de dilución del 3% tanto sobre fuegos
polares como no polares. Las composiciones de los ejemplos C1, C6,
C7 y C8 vienen dadas en las Tablas 1, 6 y 7. Todos estos
concentrados se preparan mediante la adición de los siguientes
HMW-FP al Blanco C: Lodyne 5100, y mezclas de
Lodyne 5100 y Chemguard FP-111, Chemguard
FP-211, y Dynax 5011. El Blanco C es similar al
Blanco A con la adición de únicamente 0,8% de sólidos de
polisacárido y 0,9% de sólidos de Chembetaine CAS. El contenido de
polisacárido se mantuvo bajo para obtener una mejor medida de la
fuerza de los HMW-FP para formar barreras de vapor
sobre el isopropanol.
La Tabla 6 muestra los ensayos de fuego de Clase
B Tipo III, con heptano, según UL 162, con el Blanco C, C1, C6 y
C8; todos al 3%. El Blanco C no extinguió el fuego, por lo tanto no
hubo reactivación del fuego. C8 proporcionó una buena extinción
pero falló en el ensayo de la reactivación del fuego. C1 y C6
pasaron todos los requisitos de comportamiento frente al fuego de
Clase B, Tipo III, según UL 162, aunque C6 apenas pasó el tiempo de
extinción. Basándonos en los datos procedentes de las formulaciones
de Chemguard HS-100, se espera que las formulaciones
C puedan acelerar (extinción) con la adición de este agente
tensioactivo hidrocarbonado. La Tabla 7 describe ensayos con fuego
de Clase B, Tipo II, según UL 162, sobre isopropanol a \sim20,4575
l/minuto o una densidad de aplicación de \sim4,40 litros/m^{2},
como se describió anteriormente (Ensayo 6); todo al 3%. El Blanco C
falló en el comportamiento frente al fuego por no controlar el fuego
con isopropanol. La necesidad de
extra-estabilizadores de la espuma como se describe
en la técnica se demuestra en este fallo. Las muestras C1, C6, C7 y
C8 pasaron los requisitos del ensayo con fuego de Clase B con
buenos tiempos de extinción y de reactivación del fuego. Únicamente
C8 que contenía una mezcla de Lodyne 5100 y Dynax 5011 falló en el
ensayo y luego únicamente la reactivación del
fuego.
fuego.
Las Tablas 8a y 8b contienen datos que muestran
el comportamiento del fuego de Clase B con heptano, según UL162,
cuando se añaden niveles bajos de Forafac 1157N a las composiciones
A1 y A2. Forafac 1157N, fabricado por Atocina, es un agente
tensioactivo anfótero formado por compuestos químicos fluorados
usado para los agentes AFFF y AR-AFFF. El producto
AFFF listado en las normas UL con contenido más bajo de flúor del
3%, que usa solamente Forafac 1157N, se sabe que contiene 0,43% de
flúor.
Las muestras A9 y A10 son equivalentes a las A1
y A2 con la adición de únicamente 0,10% de flúor procedente de
Forafac 1157N a cada una de ellas. Hay que indicar que se redujeron
los tiempos de extinción del fuego, mientras que aumentaron los
tiempos de reactivación del fuego. A2 en agua del grifo tuvo un
tiempo de reactivación del fuego de 16,5 minutos. El comportamiento
tanto con agua del mar como con agua del grifo fue similar. Este
comportamiento se obtuvo a pesar de no haber un cambio apreciable en
los coeficientes de dispersión para la conversión de A1 en A9,
yendo de +1,6 a +1,8 mN/m. El coeficiente de dispersión para la
conversión de A2 en A10 cayó, yendo de +3,1 (A2) a +2,7 (A10)
mN/m.
Si indicó que ni A9 ni A10 se dispersaron sobre
ciclohexano y el incendio súbito tiene lugar inmediata-
mente al realizar el ensayo de la llama. Por lo tanto, ninguna de estas composiciones, a pesar de la presencia de agente
tensioactivo fluorado con un nivel del 0,105 de flúor en el concentrado al 3%, puede considerarse agente
AFFF.
mente al realizar el ensayo de la llama. Por lo tanto, ninguna de estas composiciones, a pesar de la presencia de agente
tensioactivo fluorado con un nivel del 0,105 de flúor en el concentrado al 3%, puede considerarse agente
AFFF.
\newpage
Los ejemplos A11 al A14 han añadido únicamente
agente tensioactivo fluorado al Blanco A; no se añade
HMW-FP. A12 con 0,20% de flúor procedente de
Forafac 1157N fue la primera composición al 3% en pasar el ensayo
con fuego de Clase B, según UL 162, pero únicamente en agua del
grifo; el ensayo con fuego y agua del mar con A12 no pasó la
especificación de la reactivación del fuego fallando a los 3,4
minutos. A13 con 0,30% de flúor también falló el ensayo de
reactivación del fuego en agua de mar. No se obtuvo un paso del
ensayo en agua de mar hasta A14, cuando se cargó Forafac 1157N en
un nivel de 0,40% de flúor en el concentrado al 3%.
Incluso a un nivel tan alto de agente
tensioactivo fluorado, A14 tenía todavía un más pobre comportamiento
frente a la reactivación del fuego que o bien A9 o A10 con solo
0,10% de flúor como agente tensioactivo fluorado. Además, A14 no
sería un agente 3X3 polar aceptable únicamente con la adición de
0,8% de polisacárido y 0,9% de Chembetaine CAS como lo fueron los
concentrados sintéticos al 3% A1, A6 y A7 en la conversión a C1, C6
y C7 con únicamente el 0,30% de flúor como polímero.
Se llevaron a cabo los ensayos de aislamiento
hermético del ciclohexano desde A11 a A14 en un 3% en agua del
grifo para determinar las propiedades de los AFFF. A11 con 0,10% de
flúor no aisló herméticamente e inmediatamente se incendió al
intentar la ignición. A12, con 0,20% de flúor, se dispersó sobre el
ciclohexano, pero inmediatamente se incendió al intentar la
ignición. A13 (0,30% de flúor) y A14 (0,40% de flúor), aislaron
herméticamente ambos el ciclohexano y pasaron el ensayo de
ignición. Por lo tanto, se requería un nivel mínimo de agente
tensioactivo fluorado Forafac 1157N igual a 0,30% de flúor para dar
un verdadero agente AFFF usando el Blanco A. Sin embargo, no se
obtuvo un comportamiento aceptable frente a la reactivación del
fuego, según UL 162, en agua del mar hasta que el agente
tensioactivo fluorados no estuvo presente con un 0,40% de flúor. Hay
que indicar que se requirió un SC de 3,9-4,1 para
conseguir un comportamiento de agente AFFF en el ensayo de
aislamiento hermético del
ciclohexano.
ciclohexano.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
El ensayo del fuego de Clase B, Tipo III, según
UL 162, reconoce una diferencia entre agentes extintores del fuego,
tipo AFFF y FP. Los agentes AFFF deben extinguir en 3,0 minutos o
menos en una densidad de aplicación de únicamente \sim1,948
l/m^{2}, mientras que los agentes FP únicamente necesitan para
extinguir en 5,0 minutos en una densidad de aplicación de
\sim2,94 l/m^{2}. Esto significa que se usan \sim27,3 litros
de premezcla para los agentes AFFF mientras que se aplican
\sim68,2 litros de premezcla para los agentes FP. Como se indicó
anteriormente, sin embargo los requisitos de reactivación del fuego
para los agentes FP son más severos que para los agentes AFFF. Los
agentes FP deben tener un mínimo de 21 minutos para la reactivación
del fuego a partir de cortar la espuma, comparado con los 15 minutos
mínimos para la reactivación del fuego para los agentes AFFF.
A partir de los datos mostrados en la Tabla 8,
se puede ver que las composiciones D1, D2 y D3 satisfacen ambos
requisitos de extinción y de reactivación del fuego en el ensayo del
fuego, según UL 162, en heptano con una densidad de aplicación de
\sim2,94 l/m^{2}. D3 fue más lento al extinguir que D1 o D2,
pero todavía tenía un excelente comportamiento de reactivación del
fuego, que demuestra una notable estabilidad de la espuma sobre
heptano caliente. Al empezar el ensayo de reactivación de fuego con
D3, el heptano registraba todavía 52,7ºC aunque el 100% del heptano
estaba cubierto con espuma resiliente que continuó para resistir la
reactivación del fuego hasta únicamente una implicación del 5% del
área al cabo de 9 minutos. Esto es equivalente a más de 25 minutos
de reactivación del fuego frente a los 21 minutos requeridos.
Únicamente se requirió el 2% de Chemguard
FP-111, "como tal" (HMW-FP,
0,067% de flúor) para satisfacer los requisitos de comportamiento
del agente FP, según UL, comparado con aproximadamente el 0,30% de
flúor para una composición que satisfaga los criterios de
comportamiento tipo AFFF. Se espera que los productos
fluoroproteínicos funcionen bien para la inyección debajo de la
superficie del depósito para extinguir fuegos en depósitos de una
forma similar a los agentes FP comerciales preparados a partir de
concentrados de proteínas. Estando la diferencia en que este
producto no contiene concentrado de proteínas, cinc, y hierro, como
sí los contienen la mayoría de los agentes FP y, por lo tanto, las
formulaciones de esta invención son mucho más medioambientalmente
benefactores.
Las composiciones para luchar contra el fuego
que utilizan fluoropolímeros de alto peso molecular, según se
describe aquí, se pueden aplicar a hidrocarburos líquidos, tanto
polares como no polares, para extinguir tales líquidos durante el
incendio y que pueden proporcionar una barrera durable de espuma
frente al vapor sobre la superficie de tales líquidos para impedir
o reducir la liberación de sus vapores combustibles. La composición
se puede aplicar a la superficie de tales líquidos o puede ser
introducido por debajo de la superficie, por ejemplo mediante
inyección. La composición se puede aplicar en combinación con otros
agentes para luchar contra el fuego. Si es necesario, semejante
aplicación doble de los agentes para luchar contra el fuego, tanto
en forma de espuma como de un producto químico seco o polvo. Un
ejemplo de semejante agente en forma de producto químico seco o
polvo es el que se puede conseguir comercialmente como Purple K. En
esta aplicación doble, los agentes para luchar contra el fuego se
pueden aplicar mediante el uso de boquillas adyacentes o
generalmente concéntricas. En algunos casos, el agente seco o polvo
se puede aplicar solo para extinguir inicialmente cualquier llama,
aplicándose la espuma para impedir la reignición del
combustible.
Claims (18)
1. Una composición para luchar contra el fuego
que comprende agua, al menos un agente tensioactivo hidrocarbonado
que no contiene flúor, un agente tensioactivo formado por un
compuesto químico fluorado y un fluoropolímero de alto peso
molecular, de al menos 3000 g/mol, caracterizado porque la
composición tiene un coeficiente de dispersión frente al
ciclohexano desde aproximadamente -4 (mN/m) a menos de
aproximadamente +3,5 (mN/m) y el fluoropolímero se proporciona en
una cantidad en la que la composición no forma un aislamiento
hermético estable sobre el ciclohexano y satisface los criterios de
comportamiento, según UL 162, Clase B, para los agentes AFFF, y en
la que la composición contiene menos de aproximadamente el 0,008% en
peso de flúor, proporcionado a partir del agente tensioactivo
formado por un compuesto químico fluorado.
2. La composición de la reivindicación 1, que
comprende además un agente tensioactivo formado por un compuesto
químico fluorado en una cantidad inferior a aproximadamente 0,006%
en peso de flúor, de la composición para luchar contra el
fuego.
3. La composición de la reivindicación 1, en la
que:
- la composición para luchar contra el fuego satisface los criterios de comportamiento, según UL 162, Clase B, para al menos dos de los agentes AFFF, agentes AR-AFFF y agentes FP.
4. La composición de la reivindicación 1, en la
que:
- la composición para luchar contra el fuego satisface los criterios de comportamiento, según UL 162, Clase B, para los agentes AFFF, agentes AR-AFFF y agentes fluoroproteínicos (FP).
5. La composición de la reivindicación 1, en el
que la composición tiene un contenido de flúor inferior al 0,003%,
en peso, de la composición proporcionada a partir de cualquier
agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado.
6. La composición de la reivindicación 1, en la
que el fluoropolímero proporciona un tiempo de vida de la espuma de
al menos 30 minutos.
7. La composición de la reivindicación 1, en la
que:
- el fluoropolímero proporciona la composición con aproximadamente 0,0003% o más, en peso de flúor, de la composición.
8. La composición de la reivindicación 1, en la
que:
- el fluoropolímero de alto peso molecular tiene un peso molecular medio de al menos 5.000 g/mol.
9. La composición de la reivindicación 1, en la
que:
- el fluoropolímero de alto peso molecular tiene un peso molecular medio de al menos 10.000 g/mol.
10. Un método para extinguir o retardar un fuego
que comprende:
- proporcionar una composición para luchar contra el fuego que comprende agua, al menos un agente tensioactivo hidrocarbonado que no contiene flúor, un agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado y un fluoropolímero de alto peso molecular, de al menos 3000 g/mol, caracterizado porque la composición tiene un coeficiente de dispersión frente al ciclohexano desde aproximadamente -4 (mN/m) a menos de aproximadamente +3,5 (mN/m) y el fluoropolímero se proporciona en una cantidad en la que la composición no forma un aislamiento hermético estable sobre el ciclohexano y satisface los criterios de comportamiento, según UL 162, Clase B, para los agentes AFFF, y en la que la composición contiene menos de aproximadamente el 0,008% en peso de flúor, proporcionado a partir del agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado; y
- aplicar la composición a un área donde se desea la extinción o el retardo del fuego.
11. El método de la reivindicación 10, que
comprende además:
- aplicar la composición al área en combinación con un agente seco para luchar contra el fuego.
12. El método de la reivindicación 10, en el
que:
- la composición contiene un agente tensioactivo formado por un compuesto químico fluorado en una cantidad inferior a aproximadamente 0,006% en peso de flúor, de la composición para luchar contra el fuego.
13. El método de la reivindicación 10, en el
que:
- la composición para luchar contra el fuego satisface los criterios de comportamiento, según UL 162, Clase B, para al menos dos de los agentes AFFF, agentes AR-AFFF y agentes FP.
14. El método de la reivindicación 10, en el
que:
- la composición para luchar contra el fuego satisface los criterios de comportamiento, según UL 162, Clase B, para los agentes AFFF, agentes AR-AFFF y agentes fluoroproteínicos (FP).
15. El método de la reivindicación 10, en el
que:
- el fluoropolímero proporciona un tiempo de vida de la espuma de al menos 30 minutos.
16. El método de la reivindicación 10, en el
que:
- el fluoropolímero proporciona la composición con aproximadamente 0,0003% o más, en peso de flúor, de la composición.
17. El método de la reivindicación 10, en el
que:
- el fluoropolímero de alto peso molecular tiene un peso molecular medio de al menos 5.000 g/mol.
18. El método de la reivindicación 10, en el
que:
- el fluoropolímero de alto peso molecular tiene un peso molecular medio de al menos 10.000 g/mol.
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