ES2812305A1 - Composicion retardante de llama - Google Patents
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Abstract
Composición retardante de llama, basada en polifosfato amónico con un contenido en polímero entre el 50-70% en peso y en P2O5 (anhídrido fosfórico) entre el 30-40% en peso, de forma que la composición incorpora: como inhibidor de la corrosión urea en un porcentaje entre 3-10% en peso en solución acuosa entre un 40% - 60% en peso, en combinación con polifosfatos de sodio con una longitud de cadena entre 2 y 6, complementado con derivados de Zn (exceptuando fosfatos) y con triazoles; como espesante inorgánico sepiolita modificada en un porcentaje entre 1-4% en peso; como espesante orgánico goma xantana granulada en un porcentaje entre 0,5-1,5% en peso; como colorantes inorgánicos pigmentarios derivados de la familia de los óxidos de hierro en un porcentaje entre 0,5-2,0% en peso, y como colorantes fugitivos derivados de la familia de los rojos de cochinilla en un porcentaje entre 0,2-0,8% en peso.
Description
DESCRIPCIÓN
COMPOSICIÓN RETARDANTE DE LLAMA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La siguiente invención se refiere a una composición retardante de llama, teniendo por objeto su utilización por medios aéreos y con un efecto a largo plazo, esto es, una vez evaporada el agua necesaria para su aplicación.
Además, dado que se emplea polifosfato de sodio como humectante se permite reducir sustancialmente el contenido de urea como aditivo anticorrosivo, evitando problemas de corrosión en los depósitos de almacenamiento de la composición fabricados en aleaciones de aluminio. Asimismo, al incorporar la composición óxido férrico, en un porcentaje igual o inferior al 1% en peso de la composición, en presencia de un colorante fugitivo a base de ácido carmínico, presenta un elevado poder cubriente sobre la vegetación. Por otro lado, la adición de una sepiolita modificada micronizada como estabilizador de la suspensión, presenta claras ventajas sobre otras arcillas convencionales como la sepiolita en polvo y la attapulgita, Igualmente, la incorporación en la composición de goma xantana, previamente, granulada a un tamaño superior a 100 micras, dados sus excelentes resultados en cuanto a su dispersión, facilita la preparación del concentrado, y, además, evita la formación de polvo en el proceso de manufactura.
En definitiva, la composición aporta novedosos aditivos anticorrosivos, un pigmento fugitivo de calidad alimentaria y nulo impacto ambiental, cumpliendo en su conjunto con todos los requerimientos exigibles a los retardantes de largo plazo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los incendios forestales han sido desde siempre modeladores de la cubierta vegetal terrestre. Desde el inicio de la era industrial y con el progresivo abandono de los bosques, la cantidad de combustible en ellos ha aumentado considerablemente. Si además unimos factores como las consecuencias del cambio climático y el notable aumento de las zonas de interfase urbano-forestal, la siniestralidad de los incendios forestales es una preocupación de primer orden.
Entre las múltiples herramientas que se emplean en la lucha contra los incendios forestales, se encuentran los aditivos retardantes, que pueden aplicarse de forma directa o indirecta sobre el frente de fuego, ya sea por los medios aéreos o terrestres que intervienen en la extinción del incendio forestal.
Cabe distinguir entre los retardantes de largo plazo y los de corto plazo. Básicamente los primeros presentan su efecto extintor o retardador de llama, aunque se evapore el agua que se ha necesitado para su aplicación, mediante un efecto de carbonización del material celulósico del vegetal en lugar de la emisión de gases inflamables y consecuente inflamación y llama. Los segundos solo son efectivos mientras haya agua presente y por tanto su capacidad extintora se basa en el efecto endotérmico de evaporación del agua. Estas composiciones retardantes de largo plazo hay que diluirlas con agua antes de su aplicación, Esta dilución es típicamente una parte de concentrado por 4 partes de agua en volumen.
La presente novedad se centra en los retardantes de largo plazo, a partir de ahora retardantes, empleados en particular en la lucha por medios aéreos contra los incendios forestales. El empleo de retardantes se inicia en los años 50 de la mano de la TVA (Tennessee Valley Authoríty) con la aplicación de fertilizantes líquidos, principalmente polifosfato amónico, con la adición de arcillas a modo de los fertilizantes en suspensión.
Más adelante, se planteó el problema de la corrosión en las aeronaves y las formulaciones se optimizaron con aditivos anticorrosivos, básicamente para prevenir corrosión en la aleación de aluminio AL2024T3 empleado en las aeronaves de ala fija, como el ferrocianuro sódico (US3960735A), como fosfatos de zinc (WO 2008/155187) o como pirofosfatos de hierro (US6802994). El ignifugado de la madera se realiza de forma industrial en el actual estado de la técnica aplicando la sinergia P/N (fosforo/nitrógeno) para un óptimo resultado (US3887511A). El empleo de agentes nitrogenados, como la urea, complementarios a los fosfatos y polifosfatos, ya se menciona en la literatura para una aplicación en incendios forestales como anticorrosivo para aleaciones de aluminio a unas dosis elevadas superiores al 10% y que debe de incorporarse junto con el correspondiente triazol al proceso de manufactura del polifosfato amónico. Ello supone una dificultad ya que la producción de este último se realiza en grandes plantas de fertilizantes y una modificación para este proceso no sería económicamente viable (US3809653).
También se optimizaron los pigmentos empleados para hacer visible la descarga y posteriormente se empezaron a formular pigmentos fotosensibles de tipo Rodamina (EP 0693304 A1) o azoicos, con el fin de que a corto plazo desapareciera la marca de color de la descarga en la superficie forestal. Paralelamente se incorporaron otros agentes espesantes orgánicos para mejorar tanto la estabilidad del líquido concentrado como para aumentar la viscosidad de la mezcla de aplicación, mejorando la adherencia sobre el vegetal (US 4822524). Para conseguir una buena humectación de los pigmentos y una buena capacidad de humectación de los sustratos vegetales, se emplean tensoactivos usados ampliamente en el sector de las pinturas, de tipo orgánico aniónico como lauril sulfonatos o benceno sulfonatos y sus sales sódicas, o inorgánico como polifosfatos alcalinos.
Los retardantes de largo plazo tienen especificaciones técnicas de requerimientos mínimos a cumplir por parte de las administraciones publicas y/o usuarios de medios aéreos en la lucha contra los incendios forestales. Las especificaciones de referencia para contrastar las novedades que más abajo se describen, son:
• Eficacia: metodología de ensayo del INIA (Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias, ES), que califica la eficacia extintora en valores del 0 al 4, siendo el 0 el mejor. Se exige que los retardantes clasificados de largo plazo presenten un valor de 0-1 al ratio de dilución con agua recomendado por el fabricante.
• Corrosión: metodología de ensayo de CEREN (Centre d'Essais et de Reserche, FR) para evaluar la corrosión en probetas de acero, aluminio y latón, que exige para su aceptación y empleo en medios de extinción, incluidos medios aéreos, los siguientes valores de corrosión: Para producto concentrado 1,450 x 10-6 cm/h y para producto diluido 0,580 x 10-6 cm/h.
• Adherencia/mojabilidad: esta característica indica como el retardante se adhiere proporcionando suficiente agente retardante como para impedir la inflamación. El nivel mínimo de producto depositado expresado en P205 ha de ser del 5%.
• Estabilidad: esta característica evalúa la eficacia de los agentes espesantes, orgánicos e inorgánicos, en cuanto a mantener los pigmentos en suspensión en el plazo más largo de tiempo posible. Se mide según la sinéresis que presenta la suspensión, esto es, que separación en dos fases presenta el producto en estado de reposo. Se da como correcta una sinéresis inferior al 5% .
• Visibilidad: se evalúa la coloración y su visibilidad a las 24 h de aplicación sobre
o material arbustivo y a una distancia de 15 m, con una dosis de 2 l/m sobre una o
superficie de 1 m . La aplicación debe de ser visible al ojo humano, calificándose como muy buena, buena, aceptable y no aceptable.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
En la presente memoria se describe una composición retardante de llama, basada en polifosfato amónico con un contenido de entre 80-90% en peso, preferiblemente 85% en peso, de forma que la composición incorpora:
- como inhibidor de la corrosión: a) urea, en un porcentaje entre 3-10% en peso y en forma de solución acuosa; b) polifosfatos de sodio con una longitud de cadena entre 2 y 6; c) derivados de Zn (exceptuando fosfatos) y, d) derivados triazoles;
- como espesante inorgánico paligorskita-sepiolita modificada en un porcentaje entre 1,5- 2,5% en peso;
- como espesante orgánico goma xantana granulada en un porcentaje entre 0,4-0,8% en peso;
- como colorantes inorgánicos pigmentarios derivados de la familia de los óxidos de hierro en un porcentaje entre 0,5-1,5% en peso, y;
- como colorantes fugitivos derivados de la familia de los rojos de cochinilla naturales, CAS 1260-17-9, de formula C22H20013 ,en un porcentaje entre 0,2-0,6% en peso.
En definitiva, la composición aporta novedosos aditivos anticorrosivos, un pigmento fugitivo de calidad alimentaria y nulo impacto ambiental, cumpliendo en su conjunto con todos los requerimientos exigibles a los retardantes de largo plazo.
En una ejecución práctica de la invención la adición de polifosfato amónico es de entre 80-90% en peso, preferiblemente 85% en peso total de la composición. En un modo de realización particular de la presente invención, el polifosfato amónico consiste en un 50-70% en peso de polímero y entre el 30-50% en peso de anhídrido fosfórico (P205), con respecto al total de polifosfato amónico en la composición. En un modo de realización preferido, el polifosfato amónico tiene un P205 comprendido entre el 36% y el 38% en peso e índice de polimerización superior al 60%. Así, el polifosfato amónico tiene un contenido en polímero de entre el 50-70% en peso total de la composición y un contenido en anhídrido fosfórico (P205) de entre 34-40% en peso total de la composición. En modos particulares de la invención el contenido en polímero es entre el 50-70%, entre el 55-70%, o entre el 60-70%
en peso total de la composición, y el contenido en anhídrido fosfórico (P205) es entre 20-40%, entre 25-40%, entre 30-40% o entre 34-40% en peso total de la composición. En modos particulares de la invención el contenido en polímero es del 50%, del 55%, del 60%, del 65%, o del 70% en peso total de la composición, y el contenido en anhídrido fosfórico (P205) es del 20%, del 25%, del 30%, del 35% o del 40% en peso total de la composición.
Inhibidores de la corrosión: La adición de urea es del 4,5% en peso, y la misma, previamente, se disuelve en un 40-60% en agua, preferiblemente al 50%, antes de incorporarla a la mezcla. El polifosfato de sodio es Na2H2P207 (pirofosfato disódico), CAS 7722-88-5, con una adición del 0,5% al 2% en peso, y más preferentemente, el 1% en peso. El derivado de Zn como inhibidor de la corrosión complementario es el sulfato de Zn con un porcentaje entre el 0,4% y 0,6% en peso, y más preferentemente, el 0,5% en peso. Entre el grupo de los triazoles como inhibidor de la corrosión complementario es el benzotriazol adicionado en un porcentaje entre el 0,4% y 0,6% en peso, y más preferentemente, el 0,5% en peso.
Espesantes: Como espesante inorgánico se incorpora paligorskita-sepiolita en un porcentaje entre el 1,5% y 2,5% en peso, y más preferiblemente, el 2% en peso. Como espesante orgánico se incorpora gomo xantana granulada de 80 mesh en un porcentaje entre el 0,4% y 0,8% en peso, y más preferentemente, 0,6% en peso. La goma xantana granulada es micro-encapsulada en un tambor rotativo con un 1% de PVA (alcohol polivinílico) y un 1% de agua.
Colorantes: Como colorantes inorgánicos pigmentarios, la composición incorpora óxido férrico en un porcentaje entre el 0,5% y 1,5% en peso, y más preferentemente, el 1% en peso. Como colorantes fugitivos incorpora rojo cochinilla en un porcentaje del 0,2% al 0,6% en peso, y más preferentemente, el 0,4% en peso.
Podemos hacer hincapié en que la corrosión sobre las aeronaves siempre ha sido un tema de preocupación, en particular por la aleación de aluminio que constituye el fuselaje y otras partes importantes del avión. El polifosfato amónico es altamente corrosivo y necesita incorporar aditivos anticorrosivos para su empleo. Ha habido muchos inhibidores de corrosión utilizados en el pasado, pero que por problemas de toxicidad, impacto ambiental, etc. se ha restringido su empleo. Por tanto, en la última década toda la investigación se centra en encontrar aditivos anticorrosivos amistosos con el medio ambiente, habiéndose
encontrado, por ejemplo, que determinados compuestos de hierro y/o zinc son eficaces anticorrosivos. Es en este sentido de incorporar una combinación de aditivos amistosos con el medio ambiente y formulado de manera que su contenido este optimizado respecto a conocimientos anteriores.
En cualquier desarrollo sobre retardantes, siempre hay que cumplir con unos mínimos valores de sus prestaciones, para ser calificados como tal, y por tanto todas las novedades incorporadas a la formulación, deben de cumplir estos mínimos exigibles, no solo al objeto de la invención, como son novedad en corrosión y coloración, sino en todas sus otras características
Así, sorprendentemente, y sobre la base de optimizar la eficacia del retardante con la incorporación de agentes nitrogenados como la urea en el proceso de manufactura del concentrado (ver formulaciones en tabla 1), se ha encontrado que su combinación con pigmentos anticorrosivos sales, óxidos y/o hidróxidos de Zinc reivindicado en ES2310963B1, exceptuando los fosfatos de Zinc (ES 200701696), derivados de triazoles típicamente usados para prevenir corrosión en aleaciones de cobre, empleando como humectante novedoso en esta aplicación polifosfato de sodio, permite reducir sustancialmente el contenido de urea necesario para una corrosión aceptable y por debajo de los limites expresados en el estado de la técnica (US3809653) en aleaciones de aluminio, según metodología del CEREN.
Además, no solo se ha mantenido la capacidad extintora en términos de dilución necesaria para superar en ensayo de eficacia definido por el INIA (Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias), sino que ha presentando un poder cubriente sobre la vegetación (visibilidad) satisfactorio con una dosificación de oxido férrico igual o inferior al 1%, en presencia de un colorante fugitivo novedoso en esta aplicación y de calidad alimentaria con nulo impacto ambiental. La coloración del retardante es importante para la identificación de las descargas por los medios aéreos. Se utiliza habitualmente oxido férrico rojo como pigmento opaco, pero recientemente se avanza hacia una pigmentación fugitiva, es decir, no permanente. Para ello se formulan pigmentos orgánicos de síntesis en conjunción con un pigmento opaco en contenido reducido, como el óxido férrico, resultando estos pigmentos fotosensibles de un impacto medioambiental cuestionable con relación con su PBT. Por tanto, encontrar un nuevo pigmento natural fugitivo de nulo impacto ambiental, es también un objetivo novedoso.
De igual manera, se ha comprobado que las arcillas modificadas y procesadas según el documento ES201130128A, basadas en paligorskita-sepiolita o atapulgita altamente micronizadas, e inicialmente diseñadas para compatibilizar con matrices poliméricas orgánicas, y con un tamaño de partícula del 95% inferior a 45 micras, mejoran notablemente a las arcillas convencionales para el alcance de los parámetros deseados respecto a la estabilidad del concentrado en esta aplicación , así como también con respecto a la capacidad de adhesión en superficies verticales. Asimismo, se ha formulado con goma xantana, previamente granulada a un tamaño superior a 100 micras, por sus excelentes resultados en cuanto a su dispersión en la preparación del concentrado, evitando la formación de polvo en el proceso de manufactura y evitando la formación de grumos en el proceso de dispersión de la misma en el retardante concentrado.
La preparación de las dispersiones se realizó mediante un agitador tipo Cowles con plato de 5 cm de diámetro y velocidad tangencial de 15 m/s en un vaso de precipitados de 1000 cm3. El orden de incorporación de los aditivos es el expresado en el orden de la formulación, resultando la duración de la operación de 20 minutos por operación. La temperatura se mantuvo entre 20-25°C. Los ensayos con producto diluido se han realizado siempre con una relación de dilución de 1:4 partes de concentrado: partes de agua en volumen.
De manera adicional, la invención se refiere a los siguientes aspectos:
1. Una composición retardante de llama basada en polifosfato amónico, caracterizada por que la composición comprende:
a) un inhibidor de la corrosión que consiste en:
• una solución acuosa de urea, en un porcentaje entre 3-10% en peso total de la composición;
• polifosfatos de sodio con una longitud de cadena entre 2 y 6;
• derivados de Zn (exceptuando fosfatos); y
• derivados triazoles.
b) un espesante inorgánico en un porcentaje entre 1,5- 2,5% en peso total de la composición, donde el espesante inorgánico es paligorskita-sepiolita modificada micronizada o atapulgita modificada micronizada;
c) un espesante orgánico en un porcentaje entre 0,4-0,8% en peso total de la
composición;
d) colorantes inorgánicos pigmentarios en un porcentaje entre 0,5-1,5% en peso total de la composición, donde los colorantes inorgánicos pigmentarios son derivados de la familia de los óxidos de hierro; y
e) colorantes fugitivos en un porcentaje entre 0,2-0,6% en peso total de la composición, donde los colorantes fugitivos son derivados de la familia de los rojos de cochinilla.
La composición retardante de llama según el aspecto 1, caracterizada por que el polifosfato amónico consiste en un 50-70% en peso de polímero y entre el 30-50% en peso de anhídrido fosfórico (P205), con respecto al total de polifosfato amónico en la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 o 2, caracterizada por que el polifosfato amónico contiene P205 en un porcentaje comprendido entre el 36% y el 38% en peso e índice de polimerización superior al 60%.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 3, caracterizada por que el polifosfato amónico es entre el 80-90% en peso total de la composición, preferiblemente el 85% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 4, caracterizada por que la solución acuosa de urea es el 4,5% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 5, caracterizada por que la solución acuosa de urea es urea disuelta en agua al 40-60%, preferiblemente urea disuelta en agua al 50%.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 6, caracterizada por que el polifosfato de sodio es Na2H2P207 (pirofosfato disódico), CAS 7722-88-5, con un porcentaje del 0,5% al 2% en peso total de la composición, y más preferentemente, el 1% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 7, caracterizada por que el derivado de Zn es sulfato de Zn con un porcentaje entre el
0,4% y 0,6% en peso total de la composición, y más preferentemente, el 0,5% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 8, caracterizada por que entre el grupo de los triazoles es benzotriazol adicionado en un porcentaje entre el 0,4% y 0,6% en peso total de la composición, y más preferentemente, el 0,5% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 9, caracterizada por que el espesante inorgánico es paligorskita-sepiolita modificada micronizada en un porcentaje entre el 1,5% y 2,5% en peso total de la composición, preferiblemente el 2% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 10, caracterizada por que el espesante orgánico es goma xantana en un porcentaje entre el 0,4% y 0,8% en peso total de la composición, preferentemente el 0,6% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según el aspecto 11, caracterizada por que la goma xantana es goma xantana granulada a 80 mesh.
La composición retardante de llama según el aspecto 12, caracterizada por que la goma xantana granulada es micro-encapsulada en un tambor rotativo con un 1% de PVA (alcohol polivinílico) y un 1% de agua.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 13, caracterizada por que el colorante inorgánico pigmentario comprende óxido férrico en un porcentaje entre el 0,5% y 1,5% en peso total de la composición, y más preferentemente, el 1% en peso total de la composición.
La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 1 a 14, caracterizada por que el colorante fugitivo incorpora rojo carmín CAS 1260-17-9 , en un porcentaje del 0,2% al 0,6% en peso en peso total de la composición, y más preferentemente, el 0,4% en peso en peso total de la composición.
16. Una composición retardante de llama basada en polifosfato amónico, caracterizada por que la composición comprende un espesante inorgánico en un porcentaje entre 1,5-2,5% en peso total de la composición, donde el espesante inorgánico es paligorskitasepiolita modificada micronizada o atapulgita modificada micronizada.
17. La composición retardante de llama según el aspecto 16, caracterizada por que la composición comprende además colorantes inorgánicos pigmentarios en un porcentaje entre 0,5-1,5% en peso total de la composición, donde los colorantes inorgánicos pigmentarios son derivados de la familia de los óxidos de hierro; preferiblemente óxido férrico en un porcentaje entre el 0,5% y 1,5% en peso total de la composición, y más preferentemente, el 1% en peso total de la composición.
18. La composición retardante de llama según el aspecto 17, caracterizada por que la composición comprende además un inhibidor de la corrosión que comprende urea.
19. La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 16 a 18, caracterizada por que el polifosfato amónico consiste en un 50-70% en peso de polímero y entre el 30-50% en peso de óxido de fósforo (P205), con respecto al total de polifosfato amónico en la composición.
20. La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 16 a 19, caracterizada por que el polifosfato amónico contiene P205 en un porcentaje comprendido entre el 36% y el 38% en peso e índice de polimerización superior al 60%.
21. La composición retardante de llama según uno cualquiera de los aspectos 16 a 20, caracterizada por que el polifosfato amónico es entre el 80-90% en peso total de la composición, preferiblemente el 85% en peso total de la composición.
Todos los términos y modos de realización descritos en cualquier apartado del presente documento son igualmente aplicables a cualquier aspecto de la invención.
EJEMPLOS
La siguiente invención se describe por medio de los siguientes ejemplos, que deben interpretarse como meramente ilustrativos y no limitativos del alcance de la invención.
Ejemplo 1.- Formulaciones de la invención
Con la presente memoria se adjunta una tabla 1 con diferentes formulaciones con objeto de valorar aquellas que realmente cumplen con el objetivo buscado, de forma que a continuación se analizan una serie de ejemplos:
Tabla 1: Formulaciones de la invención
aditivo 1 polifosfato de amonio;
aditivo 2 agua;
aditivo 3 urea;
aditivo 4 sepiolita en polvo;
aditivo 5 sepiolita modificada micronizada;
aditivo 6 attapulgita en polvo;
aditivo 7 goma xantana granulada;
aditivo 8 pirofosfato de sodio en polvo;
aditivo 9 óxido férrico pigmentado;
aditivo 10 rojo carmin en polvo;
- aditivo 11 benzotriazol;
- aditivo 12 sulfato de Zn.
Formulación base (0)
La formulación (0) (tabla1), considerada como la base para el desarrollo novedoso de la invención, que contiene como elemento principal el polifosfato amónico e incluye aditivos conocidos, como sulfato de Zinc, benzotriazol, goma xantana, óxido férrico pigmentario, sepiolita en polvo y agua, proporciona unos resultados en el umbral o por debajo de los requerimiento mínimos exigidos en cuanto a eficacia, corrosión, adherencia y estabilidad, aunque la incorporación novedosa del pigmento fugitivo de rojo de cochinilla natural de calidad alimentaria supone una ventaja medioambiental respecto a otros pigmentos fotosensibles utilizados en esta aplicación y cumpliendo con lo requerido en cuanto a visibilidad requerida. Asimismo, la formulación (0) se prepara utilizando una goma xantana de tamaño de partícula superior a 100 micras y granulada previamente. La incorporación del aditivo bajo esta forma supone una mejor dispersión en el proceso de fabricación evitando la formación de grumos y reduciendo los tiempos de fabricación notablemente.
Formulaciones (1), (2) y (3)
Las formulaciones (1), (2) y (3) (tabla 1) incorporan todas un 1% de pirofosfato de sodio frente al 0% de la formulación (0) y se comparan tres tipos de arcillas: sepiolita en polvo formulación (1), sepiolita modificada micronizada formulación (2) y attapulgita formulación (3) .Se observa en todas ellas una mejora sustancial en cuanto a corrosión, llegando en el caso de la sepiolita modificada micronizada de la formulación (2) a entrar en los límites de la aceptabilidad según CEREN, una capacidad de adherencia/ humectación correcta y mejorada en un 50% respecto a la anterior, así como una estabilidad correcta pero en el umbral de la aceptabilidad. Este ejemplo nos ilustra de como: a) la incorporación de un tensoactivo, pirofosfato de sodio, para mejorar humectación, ha incidido favorablemente en reducir corrosión y mejorar notablemente la estabilidad y: b) la arcilla con la que se alcanza la especificación es la sepiolita modificada micronizada objeto de la invención referida en la formulación (2) y que comparativamente con la sepiolita en polvo de la formulación (1) y attapulgita de la formulación (2), habitualmente utilizadas y en el mismo porcentaje (2%), se obtiene una reducción importante en la velocidad de corrosión (40%) alcanzando valores inferiores a los requeridos por el CEREN. Así, cumple también con los parámetros de eficacia mínimos requeridos según INIA a un ratio de dilución con agua de 1: 4 en volumen. Asimismo, los valores de humectación y adherencia sobre superficies verticales mejoran en
un 30%. Igualmente, la estabilidad también mejora en un 70 %.
Formulaciones (4), (5) v (6)
Las formulaciones (4), (5) v (6) pretenden estudiar el impacto en cuanto a corrosión, eficacia, estabilidad v coloración que puede presentar al reducir el contenido de oxido férrico pigmentario de un 1% a un 0,6%, lo que es especialmente relevante en el caso de retardantes con coloración fugitiva, variando en las formulaciones el origen de la sepiolita al igual que en las formulaciones (1), (2), v (3). Los resultados indican que la formulación optima sigue siendo la que contiene la sepiolita modificada, cumpliendo todas las exigencias de INIA, estabilidad v coloración excepto corrosión de CEREN.
Formulaciones (7), (8) v (9)
Las formulaciones (7), (8) v (9), incorporan a la formulación agua v urea, regresando a la dosis inicial de oxido férrico del 1%. Las diferencias entre ellas siguen siendo los tres tipos de arcillas, sepiolita en polvo formulación (7), sepiolita modificada micronizada formulación (8) v attapulgita formulación (9). De nuevo en la formulación que contiene la sepiolita modificada de la formulación (8) se observa en comparación con la formulación (2) una mejora del 23% en cuanto a corrosión, resultando muv favorablemente dentro de los requerimientos del CEREN. En cuanto a la eficacia según INIA, presenta una mejora de un 50% en cuanto a pérdida de peso respecto a la formulación (2) v sitúa la formulación (8) con una clasificación de eficacia máxima. Los valores en estabilidad v adherencia/humectación siguen dentro de especificación. Deja patente este ejemplo que la incorporación de la urea en disolución acuosa mejora notablemente la corrosión v la eficacia como retardante.
Formulaciones (10), (11) v (12)
Las formulaciones (10), (11) v (12) pretenden estudiar de nuevo la reducción del óxido férrico pigmentario del 1% al 0,6% en formulaciones exitosas (7), (8) v (9), que incluven urea, con el fin de ver si esta reducción no interfiere en el cumplimiento de los mínimos exigibles de corrosión v en los otros parámetros. Efectivamente, tal como se desprende de las tablas de resultados, la formulación (11), que es la que contiene la sepiolita modificada micronizada, es la que cumple todos los requerimientos técnicos de corrosión, eficacia, estabilidad v coloración. Por tanto, el óxido férrico se puede reducir al 0,6% en estas formulaciones.
Ejemplo 2.- Resultados de corrosión en Aluminio
Tabla 2: Resultados corrosión producto por inmersión total
Anexo al ejemplo 2: Determinación de corrosión por inmersión total en Aluminio
La probeta metálica necesaria para la realización del test es una aleación de Aluminio 2024-T3.
Las probetas metálicas rectangulares tienen las siguientes dimensiones: 2.5 x 10.2 x 0.3 cm. Deben presentar un agujero de 0.5 cm de diámetro centrado a 1.3 cm de una extremidad.
Preparación de las probetas. Es necesario limpiar suavemente todas las caras de las probetas para eliminar las trazas de grasa, depósitos oxidados o impurezas con un estropajo (grano medio) de dimensiones 2.5 x 7.5 cm siempre en el sentido de laminación. Cada pieza de estropajo utilizada debe usarse para un único tipo de aleación. En primer lugar, las probetas deben sumergirse en la solución limpiadora específica según la tabla en un vaso de precipitados de plástico. Las probetas no deben tocarse unas con otras.
Pasado el tiempo de inmersión en la solución limpiadora, se sacan y se frotan con un estropajo. Las chapas limpias se aclaran con agua destilada y se seca la superficie. Las chapas se secan suspendidas en una estufa a 50 °C. No utilizar la misma estufa que servirá para los test de inmersión. Los vapores generados pueden modificar los fenómenos de corrosión. Las chapas deben ser manipuladas con pinzas y guantes. Cuando están secan se sacan de la estufa y se dejan atemperar aproximadamente 15 minutos. Se pesan en una balanza de precisión (0.1 mg) antes de la inmersión en el producto a ensayar.
La corrosión es estudiada en inmersión total o parcial en el producto a probar. Para una inmersión total el volumen de líquido introducido debe ser de 800 ml. Para una inmersión parcial 400 ml es suficiente. Una tira reforzada de fibra de vidrio es pegada atravesando el bote abierto de lado a lado a través de la apertura del frasco y a mitad de camino a cada lado. Se prepara un hilo de nailon para atar al agujero de la probeta y poder dejarla en suspensión. Se sumerge la probeta en la solución de prueba de cada frasco. Se ata con una cinta adhesiva a un lateral del bote para que quede suspendida en la posición deseada. Las probetas para pruebas de inmersión total se colocan de manera que sean completamente cubiertas por la solución, pero sin tocar el fondo del frasco. Las probetas para pruebas de inmersión parcial se colocan de manera que los 5 cm inferiores de la probeta estén inmersos en el retardante. Una pequeña marca de lápiz en el borde de la probeta indica el nivel de inmersión adecuado. Estos botes se tapan. Cada frasco debe estar correctamente etiquetado con el nombre del producto, el número de lote del producto de prueba, la identificación de la probeta sumergida en el producto y la fecha de la inmersión. Los frascos se colocan en las incubadoras a la temperatura adecuada (21 °C o 49 °C), y se deja reposar sin mover durante los 90 días de periodo de exposición.
Final del ensayo. Una vez llegado al fin de la exposición de la prueba, los frascos se retiran de las incubadoras. Se realiza una inspección de los frascos y contenidos y se toman notas
de cualquier frasco roto, solución de prueba evaporada o probetas que son destruidas o faltan piezas. Se retiran las probetas de los frascos. Cada probeta se enjuaga con un contundente chorro de agua fría del grifo para eliminar la solución de prueba residual suelta. Las probetas se dejan secar al aire libre mientras aún siguen suspendidas del hilo de pescar. Cuando las probetas están secas (generalmente durante la noche), se retira el hilo de pescar. Una vez secos, se eliminan los productos de corrosión de las probetas raspando con el borde plano de una espátula de acero inoxidable. El algún caso la película inhibidora debe astillarse suavemente para realizar la limpieza de la probeta. Una vez eliminados los restos de producto y los productos de corrosión, es necesario limpiar las probetas en las soluciones químicas. Cada lote de probetas (no más de seis), se limpia junto con una probeta de control. Las probetas de aluminio, acero y latón se sumergen en la solución de limpieza, apoyada contra los lados del recipiente en un vaso de plástico de unos 600 mL, de tal manera que las probetas no deben tocarse unas con otras. Después de la inmersión según se especifica en la tabla, proceder a la limpieza con un estropajo nuevo. Las probetas limpias se enjuagan con agua destilada y se secan con un papel absorbente libre de pelusa y se suspenden en la estufa como en la limpieza inicial. Si quedan residuos persistentes, las probetas pueden limpiarse una segunda vez, usando la probeta de control para determinar el peso perdido durante la limpieza. Después del secado, las probetas se enfrían y se pesan.
Probetas de control. Las probetas de control reservadas para este propósito no están expuestas a ninguna de las soluciones de prueba. Se limpian y se pensar antes de usar junto con el conjunto de probetas expuestas y, posteriormente, se pesan nuevamente para determinar la pérdida de peso de la probeta.
Cálculos de la tasa de corrosión. La tasa de corrosión se calcula para cada probeta usando los pesos iniciales y finales, el área de superficie, la densidad de la aleación y el tiempo de exposición en la fórmula.
Donde:
- Pesoi = peso inicial de la probeta (mg)
- Pesof = peso final de la probeta (mg)
- Pesoc,i = peso inicial de la probeta de control (mg)
- Pesoc,f = peso inicial de la probeta (mg)
- Área = superficie expuesta de la probeta (in2)
- Tiempo = tiempo de exposición (h)
- Densidad = densidad de la aleación (g/cm3)
2.77 g/cm3 para 2024-T3 Aluminio
7.86 g/cm3 para acero 4130
8.53 g/cm3 para latón
Se realizarán tres réplicas para cada ensayo. Los fabricantes pueden solicitar que se realicen réplicas adicionales. Los resultados de todas las pruebas (excepto las que sean rechazadas mediante inspecciones visuales de algún fallo del ensayo) con una misma aleación, temperatura y condiciones de inmersión se promediarán para determinar la tasa de corrosión final.
Ejemplo 3.- Resultados de adhesión v estabilidad
Tabla 3: Resultados adhesión en superficies verticales y estabilidad concentrado (sinéresis). Relación dilución 1:4 en volumen (25% en peso). Concentración de P205 en concentrado 30%.
Las fórmulas 2, 5, 8, 11 obtienen los mejores resultados en adherencia del diluido y estabilidad del concentrado.
Anexo I al ejemplo 3: Metodología para evaluar la capacidad adherente en superficies verticales vegetales de un retardante de largo plazo (Documento propuesto al CTN 23 SC 5 GT Retardantes de UNE).
Objeto: Evaluar la capacidad de adherencia sobre un soporte vegetal de una mezcla retardante en las condiciones de aplicación.
Procedimiento: Para ello se define un soporte de madera de pino acondicionada a 40°C durante 4 h. Dicho soporte de unas dimensiones de 10 cm x 15 cm x 3 mm espesor (disponible comercialmente como contrachapado triplay de 3mm de grosor) consiste en tres láminas de madera de pino de 1-0,5/1-2/1-0,5 mm de espesor por capa y encoladas entre ellas. A objeto del ensayo, se considera la impregnación de las capas exteriores a efecto de adherencia y eficacia. A este soporte se le dibuja una marca a 10 cm del borde inferior. Se toma el peso del soporte (P0) y se guarda en un desecador a temperatura ambiente (20-25°C). Por otro lado, la mezcla retardante se prepara, de acuerdo con las instrucciones de dilución que recomiende el fabricante, en un vaso de precipitados de 600 cm3 un volumen de mezcla de 500 cm3. La mezcla con agua se agita con varilla magnética o con agitador mecánico no intenso (200 rpm aprox.) durante 5 min. a temperatura ambiente (20-25°C).
Inmediatamente tras para la agitación, se sumerge verticalmente el soporte hasta la marca de 10 cm durante 5 sg, retirándolo inmediatamente y dejándolo escurrir verticalmente por otros 10 sg. Se pesa el soporte impregnado húmedo (P1). Se calcula la adherencia vertical (AV) como el peso depositado en gr/cm2.
AV = (P1-P0) / 100
A modo de blanco, se realiza el mismo ensayo con agua destilada, PA0 del soporte y PA1 tras la inmersión.
AAV= (PA1-PA0) /100
Interpretación del resultado:
1- Criterio de ignifugacion. Es sabido que una concentración de P ( como P205) superior al 5% implicará la no inflamabilidad del material celulósico. Calculado el peso de retardante depositado y su concentración en P205, se puede obtener esta concentración sobre el soporte de madera. Por otro lado, se considera impregnable 100% de la lámina exterior ( 1mm) a efectos de cálculo.
Concentración de P205 (%) = AV x 0,20 x Rd x C
Siendo:
Rd: % de concentrado en mezcla de dilución en peso.
C: % de P205 en el retardante concentrado según declaración del fabricante.
2- Criterio humectación. Se entenderá que el retardante mejora la adherencia en vertical que el agua si el peso retenido en el caso del retardante es al menos superior en un 50%
Relación de retención comparada con agua (RR en %)
RR =(AV - AAV) x 100 / AAV
Anexo II al ejemplo 3: Estabilidad, determinación de la sinéresis a los 30 dias.
Previa agitación manual, se vierte el producto y se enrasa a 100 cc una probeta cilindrica. Se deja en reposo a temperatura entre 20-25°C durante 30 dias. Se miden los ml decantados (liquido claro en la superficie) y se relacionan con los 100 ml de la probeta, resultando el valor directamente como % del total.
Ejemplo 4.- Resultados de eficacia
Tabla 4: Ensayos eficacia en la termobalanza
Anexo al ejemplo 4: ensayo de eficacia ante el fuego.
El ensayo se realiza en una mesa de combustión con seguimiento gravimétrico. Dicho
dispositivo experimental está integrado por una bandeja soporte del combustible, constituida por dos placas de borosilicato de 1,5 cm de espesor, 70 cm de ancho y 120 cm de largo, que descansan sobre unos perfiles de aluminio. El conjunto reposa en una balanza con una sensibilidad de 1 g que permite efectuar un registro continuo, a lo largo del ensayo, de la variación del peso del combustible existente en la mesa, como consecuencia de su combustión.
El combustible forestal utilizado está constituido por acículas procedentes de la hojarasca de un pinar de Pinus pinea (Pino piñonero). En laboratorio se eliminan las acículas en descomposición, las ramillas y los diversos residuos existentes, con el fin de conservar solamente las acículas intactas. La elección de este combustible viene determinada por la homogeneidad que presenta, su fácil disponibilidad y la facilidad de manipulación para obtener la disposición especial deseada, así como por su adecuación energética y de comportamiento del fuego a las características generales del ensayo. Las acículas son acondicionadas en cámara (Temperatura = 23 °C y Humedad relativa = 50%) hasta alcanzar un contenido en humedad en torno al 9-10%. La determinación de la humedad se lleva a cabo mediante secado en estufa (100 °C), hasta peso constante, de tres muestras tomadas del combustible inmediatamente antes de realizar el ensayo. La cantidad de o
combustible utilizado en cada ensayo es de 700 g/m de materia seca, homogéneamente dispuesto a lo largo de la mesa de quemas. El correspondiente a los 80 primeros cm de la mesa “zona sin tratar” se dispone directamente sobre la mesa del dispositivo experimental y el correspondiente a los últimos 40 cm “zona tratada” se dispone en una bandeja independiente sobre la que se aplica la disolución con el producto a ensayar, o el agua, en el caso de los ensayos testigo. Dicha aplicación se realiza con una mochila de extinción, cuyas características principales son:
• Capacidad: 18 l
o
• Volumen residual: 200 cm
• Dimensiones el depósito: 49 cm x 65 cm
• LANZA manual de doble embolada, con filtro en la aspiración y con boquilla de doble efecto: chorro-pulverización.
• Alcance:
• Chorro > 8m
• Pulverización > 3 m
o
• Caudal: 120 cm (Recorrido completo ida y retorno)
• Dimensiones de la lanza: 1070 - 670 mm
Concentración y dosis: Se considera una concentración de 1:4 en volumen (recomendada o por las empresas solicitantes), aplicando la disolución, en agua dulce, a razón de 1 l/m . Si bien, la empresa solicitante, puede requerir la realización de los ensayos a otras concentraciones.
Una vez realizada la aplicación, se realizan dos tipos de condiciones de ensayo o tratamientos:
• El combustible tratado se deja reposar durante 15 minutos, en laboratorio, a temperatura ambiente, y posteriormente se mantiene en estufa a 42±2 °C durante 30 minutos.
• El combustible tratado se deja reposar durante 15 minutos, en laboratorio, a temperatura ambiente, y posteriormente se mantiene en estufa a 42±2 °C durante 90 minutos.
Desarrollo del ensayo: Una vez transcurrido el tiempo definido para cada uno de los tratamientos, se dispone el combustible no tratado y el combustible tratado con la solución del producto a ensayar, en su correspondiente zona de
la mesa de quemas, siendo la superficie de la zona no tratada de 80 cm x 70 cm y la de la tratada de 40 cm x 70 cm. Se toman muestras de combustible de la zona no tratada y de la zona tratada para llevar a cabo, mediante secado en estufa a 100 °C, la determinación del contenido de humedad del combustible correspondiente a cada una de ellas. Asimismo, se realizan seis mediciones del espesor de la capa de acículas, tanto en la zona no tratada como en la zona tratada, a fin de verificar que dicho combustible se ha dispuesto homogéneamente. Se inicia el fuego en una línea con una mecha de algodón impregnada en alcohol y se conecta el programa de adquisición de datos de la balanza. Cada 20 cm, se toman los tiempos de paso del frente y se estima la altura de la llama. Una vez que se mantiene constante el peso registrado por la balanza, lo que significa que la combustión ha finalizado, se desconecta el sistema de adquisición de datos. Finalmente, se pesan, separadamente, los residuos correspondientes a la zona no tratada y a la zona tratada. En estos últimos, se determina el contenido de humedad para valorar la cantidad de materia seca no consumida durante la combustión.
Para cada una de las condiciones, se realizan al menos dos repeticiones. Durante el trascurso de cada uno de los ensayos se realizan fotografías que permitan visualizar distintos aspectos del mismo.
Como ha sido señalado, el dispositivo experimental diseñado para realizar los ensayos de eficacia descritos permite efectuar un registro continuo de la pérdida de peso del combustible a lo largo de la combustión, tanto en la zona de combustible no tratada como en la zona en la que se ha efectuado el tratamiento. Los datos registrados permiten trazar la curva de variación del peso a lo largo del tiempo de duración de ensayo, en la que se diferencian las sucesivas fases de la combustión:
1. Establecimiento del régimen estacionario de combustión.
2. Régimen estacionario de combustión establecido en la zona de combustible no tratado, que viene representado por una recta.
3. Combustión en la zona del combustible tratado representada por la consiguiente disminución de la pendiente de la recta, en virtud de la eficacia del producto.
Para cada producto objeto del ensayo, se presentan en los informes las curvas pesotiempo, medias de las repeticiones realizadas para cada uno de los tratamientos. En el mismo gráfico, se presenta la curva correspondiente a los ensayos “testigo”, en los que el tratamiento del combustible ha sido realizado solamente con agua, en idénticas condiciones en cuanto a las dosis y tratamientos se refiere. La comparación de la pendiente de las curvas permite visualizar la eficacia del producto frente a la del agua y la diferencia existente entre los tipos de tratamiento.
Por otro lado, y de acuerdo con el porcentaje de peso consumido respecto al dispuesto inicialmente, en la “zona tratada”, ha sido propuesta la clasificación que se presenta en la Tabla 1. Obviamente, para las mismas condiciones de ensayo, un mayor peso de los residuos se traduce en una mayor eficacia del producto.
Clasificación de la eficacia de los retardantes
En consecuencia, para cada una de las condiciones de ensayo, la eficacia del producto viene estimada a través de la comparación de la curva media de variación del peso con el
tiempo, y la obtenida en ensayos testigos en los que el tratamiento correspondiente ha sido realizado solamente con agua. Asimismo, para cada condición de ensayo se presenta la clasificación resultante y la correspondiente a los ensayos testigo, de acuerdo con la escala propuesta. En la preparación de este ensayo, se anotan los resultados de las observaciones visuales de la coloración del producto. (Instituto Nacional de Investigación de Alimentación y Agraria, INIA).
Claims (13)
1. Composición retardante de llama, basada en polifosfato amónico con un contenido en polímero entre el 50-70% en peso y en anhídrido fosfórico entre el 34-40% en peso, caracterizada por que la composición incorpora:
- como inhibidor de la corrosión: a) urea, en un porcentaje entre 3-10% en peso y en forma de solución acuosa; b) polifosfatos de sodio con una longitud de cadena entre 2 y 6; c) derivados de Zn (exceptuando fosfatos) y, d) derivados triazoles;
- como espesante inorgánico paligorskita-sepiolita modificada micronizada en un porcentaje entre 1,5- 2,5% en peso;
- como espesante orgánico goma xantana granulada en un porcentaje entre 0,4-0,8% en peso;
- como colorantes inorgánicos pigmentarios derivados de la familia de los óxidos de hierro en un porcentaje entre 0,5-1,5% en peso, y;
- como colorantes fugitivos derivados de la familia de los rojos de cochinilla en un porcentaje entre 0,2-0,6% en peso.
2. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que la adición de polifosfato amónico es de entre 80-90% en peso, preferiblemente 85% en peso.
3. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que el polifosfato amónico tiene un P205 comprendido entre el 36% y el 38% en peso e índice de polimerización superior al 60%.
4. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que la adición de urea es del 4,5% en peso.
5. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que la urea se disuelve previamente en un 40-60% en agua, preferiblemente al 50%, antes de incorporarla a la mezcla.
6. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que el polifosfato de sodio es Na2H2P207 (pirofosfato disódico), CAS 7722-88-5, con una adición del 0,5% al 2% en peso, y más preferentemente, el 1% en peso.
7. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que el derivado de Zn como inhibidor de la corrosión complementario es el sulfato de Zn con un porcentaje entre el 0,4% y 0,6% en peso, y más preferentemente, el 0,5% en peso.
8. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que entre el grupo de los triazoles como inhibidor de la corrosión complementario es el benzotriazol adicionado en un porcentaje entre el 0,4% y 0,6% en peso, y más preferentemente, el 0,5% en peso.
9. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que como espesante inorgánico se incorpora paligorskita-sepiolita modificada micronizada en un porcentaje entre el 1,5% y 2,5% en peso, y más preferiblemente, el 2% en peso.
10. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que como espesante orgánico se incorpora gomo xantana granulada a 80 mesh en un porcentaje entre el 0,4% y 0,8% en peso, y más preferentemente, 0,6% en peso.
11. Composición retardante de llama, según reivindicación 11, caracterizada por que la goma xantana granulada es micro-encapsulada en un tambor rotativo con un 1% de PVA (alcohol polivinílico) y un 1% de agua.
12. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que como colorantes inorgánicos pigmentarios incorpora óxido férrico en un porcentaje entre el 0,5% y 1,5%, y más preferentemente, el 1%.
13. Composición retardante de llama, según reivindicación 1, caracterizada por que como colorantes fugitivos incorpora rojo carmín CAS 1260-17-9 , en un porcentaje del 0,2% al 0,6% en peso, y más preferentemente, el 0,4% en peso.
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