ES2888124T3 - Compuestos de poliorganosiloxano como componentes activos en espumas de supresión de incendios libres de flúor - Google Patents
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Abstract
Un compuesto de poliorganosiloxano de fórmula II: **(Ver fórmula)** en la que n es de 1-20; R1, R2, R3, R4, R5 y R6 son cada uno independientemente alquilo C1-3; B se selecciona de S, O y -N(R7)-, donde R7 se selecciona de H y CqH2q+1, donde q es un número entero de desde 1 hasta 3; L se selecciona de alquileno C1-C6, cicloalquileno C5-C6 y bencilo; y X se selecciona de -CO2H, -CO2M, -SO3H, -SO3M y -NH3T, donde M es un contracatión y T es un contraanión.
Description
DESCRIPCIÓN
Compuestos de poliorganosiloxano como componentes activos en espumas de supresión de incendios libres de flúor
ANTECEDENTES
Campo técnico
La invención descrita en el presente documento se refiere a compuestos de organosiloxano y poliorganosiloxano novedosos y a métodos de elaboración y de uso de los compuestos. Estos compuestos son útiles en composiciones de espuma extintora como aditivos inmediatos o como sustitución para fluorotensioactivos tradicionales.
Información de antecedentes
Las espumas contra incendios convencionales se preparan mediante aireación o atrapando aire dentro de una composición de espumación concentrada. Estas espumas se preparan normalmente a partir de concentrados diluyendo con agua y aireando la mezcla para formar una espuma. Las espumas se dispensan entonces sobre un fuego formando un manto de espuma, espeso, que sofoca y extingue un fuego reduciendo la disponibilidad de oxígeno.
Una clase importante de espumas contra incendios incluye espumas formadoras de película, acuosas (AFFF). Una característica importante de estas espumas contra incendios es la estabilidad a lo largo de un periodo de tiempo prolongado y la resistencia al quemado de nuevo. Las espumas convencionales incluyen tensioactivos fluorados y perfluorados tales como sulfonato de perfluorooctano (PFOS), ácido perfluorooctanoico (PFOA) y espumas a base de fluorotelómero. Estos tensioactivos presentan una baja tensión superficial, altas capacidades de espumación y de extensión, y demuestran una buena resistencia al quemado de nuevo debido a la presencia de grupos fluoro. Sin embargo, se ha reconocido el impacto medioambiental negativo de las espumas que incluyen productos perfluoroquímicos, dando como resultado un uso restringido o una prohibición completa de las espumas que contienen productos perfluoroquímicos en algunos países.
El impacto medioambiental de las espumas que incluyen productos perfluoroquímicos resulta de la larga semivida de estos productos químicos en el medio ambiente. Productos químicos tales como PFOS son resistentes a la hidrólisis, la fotólisis, la degradación microbiana y el metabolismo de vertebrados. Por ejemplo, se ha mostrado que PFOS y PFOA se acumulan en el agua y reducen el suministro de oxígeno a la vida acuática. Estos productos químicos pueden acumularse también en el hígado de mamíferos y dar como resultado toxicidad aguda.
Los tensioactivos no perfluorados, de cadena más corta, tales como fluorotelómeros presentan problemas medioambientales similares porque contienen restos químicos perfluorados. Por ejemplo, los fluorotelómeros C6 se descomponen a ácido perfluorohexanoico, que se ha mostrado que también tiene efectos medioambientales negativos similares a los productos perfluoroquímicos PFOA y PFOS más largos. Además, el proceso de fabricación de estos fluorotelómeros más cortos da como resultado la producción de alcoholes fluorotelómeros que son fuentes significativas de otros perfluorocarbonos medioambientalmente dañinos.
Por tanto, hay una necesidad reconocida de nuevas espumas contra incendios libres de flúor que minimicen el impacto sobre el medio ambiente al tiempo que presenten todavía una espumación, una estabilidad y una capacidad de extensión excelentes además de resistencia al quemado de nuevo.
La patente US4060489 describe composiciones de espuma para luchar contra incendios obtenidas preparando una disolución de agua concentrada que comprende un polisacárido tixotrópico, un tensioactivo fluorado y un material de formación de espuma que comprende un polisiloxano funcionalizado a lo largo de la cadena mediante un grupo éteralcohol terminado con un grupo amino-sulfonato.
La patente WO 2014/153122 describe composiciones de espuma contra incendios que comprenden agua y una perfluoropoliamina que también puede contener restos polisiloxano para su uso como estabilizadores de espuma. Los aditivos poliméricos comprenden un resto polisiloxano unido a un resto polietilenimina a través de un grupo éter y pueden estar funcionalizados de manera terminal con un grupo SO3Na.
La patente US 3957658 describe composiciones de espuma contra incendios que comprenden agua, tensioactivos fluorados y un compuesto de silicona que comprende un grupo éter-alcohol terminado con un grupo amino-sulfonato. El compuesto de silicona puede ser un compuesto de disiloxano.
Se han contemplado aditivos a base de organosilicio para su uso en espumas contra incendios, pero la fabricación de estos compuestos que contienen silicio es compleja, requiere múltiples etapas y a un coste elevado. Estos aspectos han limitado su uso en espumas contra incendios. Además, otros compuestos a base de silicio que se han contemplado para su uso en espumas extintoras son estructuras ramificadas voluminosas, que tienen una efectividad limitada a la hora de reducir la tensión superficial de los agentes de espumación y promover la estabilidad y la extensión de la espuma; véase, por ejemplo, la publicación de patente estadounidense n.° U.S. 3.929.649.
BREVE SUMARIO
En una realización se dan a conocer compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmula II:
en la que n es de 1-20; R1, R2 , R3 , R4 , R5 y R6 son cada uno independientemente alquilo C1-3; B se selecciona de S, O y -N(R7)-, donde R7 se selecciona de H y Cq H2q+1, donde q es un número entero de desde 1 hasta 3; L se selecciona de alquileno C1-C6 , cicloalquileno C5-C6 y bencilo; y X se selecciona de -CO2 H, -CO2M, -SO3H, -SO3M y -NH3T, donde M es un contracatión y T es un contraanión.
En otra realización se dan a conocer compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmula II, en la que X es SO3M; M es Na+ ; L es un alquileno C2 ; y B es -N(R7)-, donde q es 1. En una realización, estos compuestos son de fórmula III:
En el presente documento se dan a conocer compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmula V:
En algunas realizaciones, los compuestos de poliorganosiloxano de fórmulas II-III tienen un equilibrio hidrófilo-lipófilo de desde 2 hasta 20.
En algunas realizaciones, los compuestos de poliorganosiloxano de fórmulas II-III tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 2 a aproximadamente 20.
En algunas realizaciones, los compuestos de poliorganosiloxano de fórmulas II-III tienen un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 750 g/mol a aproximadamente 500.000 g/mol.
En algunas realizaciones, los compuestos de poliorganosiloxano de fórmulas II-III tienen un peso molecular promedio en número de aproximadamente 750 g/mol a aproximadamente 500.000 g/mol.
En un aspecto, un método de elaboración del compuesto de poliorganosiloxano de fórmula II incluye: (a) proporcionar un poliorganosiloxano terminado con diglicidil éter de fórmula IX:
y (b) añadir a una mezcla de reacción que incluye el compuesto de poliorganosilicio terminado con diglicidil éter un reactivo NH(CH3)CH2CH2X, donde n y X son tal como se describen para la fórmula II y III.
Otra realización es una composición de espuma contra incendios que incluye un compuesto de poliorganosiloxano de fórmulas II-III. En algunas realizaciones, el compuesto de poliorganosiloxano promueve una extensión y una estabilización de la espuma contra incendios. En algunas realizaciones, el compuesto de poliorganosiloxano incluye del 0,01% al 25% de la composición de espuma.
En algunas realizaciones, la espuma contra incendios incluye además uno o más tensioactivos, uno o más disolventes, uno o más electrolitos, uno o más estabilizadores de espuma, uno o más formadores de película, uno o más inhibidores de la corrosión o uno o más antimicrobianos.
En algunas realizaciones, la composición de espuma contra incendios incluye uno o más tensioactivos que incluyen un tensioactivo no iónico, un tensioactivo zwitteriónico o un tensioactivo aniónico, o una combinación de los mismos.
En algunas realizaciones, la composición de espuma contra incendios incluye uno o más tensioactivos que incluyen un tensioactivo no iónico seleccionado de derivados de polioxietileno de alquilfenoles, alcoholes lineales o ramificados, ácidos grasos, alquilaminas, alquilamidas y glicoles acetilénicos, alquilglicósidos y alquilpoliglicósidos.
En algunas realizaciones, la composición de espuma contra incendios incluye uno o más tensioactivos que incluyen un tensioactivo zwitteriónico seleccionado de óxidos de amina, aminopropionatos, sultaínas, sulfobetaínas, alquilsulfobetaínas, alquilbetaínas, alquilamidobetaínas, glicinatos de dihidroxietilo, acetatos de imadazolina, propionatos de imidazolina y sulfonatos de imidazolina.
En algunas realizaciones, la composición de espuma contra incendios incluye uno o más tensioactivos que incluyen un tensioactivo aniónico seleccionado de carboxilatos de alquilo y sulfatos de alquilo.
En algunas realizaciones, la composición de espuma contra incendios incluye uno o más disolventes seleccionados de hexilenglicol, butilcarbitol, butilcelulosa, polietilenglicol, metildiproxitol, propilenglicol, n-propil éter de propilenglicol y metil éter de tripropilenglicol.
En algunas realizaciones, la composición de espuma contra incendios incluye uno o más estabilizadores seleccionados de monoalquil éteres de etilenglicol, polietilenglicol, monoalquil éteres de dietilenglicol, propilenglicol, monoalquil éteres de dipropilenglicol, monoalquil éteres de trietilenglicol, 1-butoxietoxi-2-propanol, glicerina, hexilenglicol y trimetilglicina.
En algunas realizaciones, la espuma contra incendios se selecciona de una espuma de baja expansión, una espuma de media expansión y una espuma de alta expansión.
Otra realización es un método de extinción de un fuego que incluye administrar a un fuego una composición de espuma contra incendios descrita en el presente documento. En algunas realizaciones, el fuego es un fuego de clase A, uno de clase B, un fuego de clase C o un fuego de clase K.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Los siguientes párrafos definen en más detalle las realizaciones de la invención descrita en el presente documento. Las siguientes realizaciones no pretenden limitar la invención o restringir el alcance de la misma, ya que resultará fácilmente evidente para un experto habitual en la técnica que pueden hacerse modificaciones y adaptaciones adecuadas sin apartarse del alcance de la invención, realizaciones o aspectos específicos descritos en el presente documento.
Para los propósitos de interpretar esta memoria descriptiva, los siguientes términos y definiciones serán de aplicación y siempre que sea apropiado, los términos usados en singular incluirán también el plural y viceversa. En el caso de que cualquier definición expuesta a continuación entre en conflicto con cualquier documento incorporado al presente documento mediante referencia, la definición expuesta a continuación prevalecerá.
El término “alquilo” tal como se usa en el presente documento solo o como parte de otro grupo, se refiere a un hidrocarburo de cadena lineal o ramificada que contiene desde 1 hasta 10, 20 o 30 o más átomos de carbono. Tal como se usa en el presente documento, la denotación Cn-Cn+m se refiere al número de carbonos como cadena de alquilo lineal o ramificada, donde n y m son números enteros mayores de 1. Los ejemplos representativos de alquilo incluyen, pero no se limitan a, metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, sec-butilo, iso-butilo, terc-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, neopentilo, n-hexilo, 3-metilhexilo, 2,2-dimetilpentilo, 2,3-dimetilpentilo, n-heptilo, n-octilo, n-nonilo, n-decilo y similares. En algunas realizaciones, el alquilo puede ser de cadena lineal. En algunas realizaciones, el alquilo puede estar ramificado.
El término “alcoxi” tal como se usa en el presente documento solo o como parte de otro grupo, se refiere a un grupo alquilo, tal como se define en el presente documento (y por tanto incluyendo versiones sustituidas tales como polialcoxi), adjunto al resto molecular parental a través de un grupo oxi, -O-. Los ejemplos representativos de alcoxi incluyen, pero no se limitan a, metoxi, etoxi, propoxi, 2-propoxi, butoxi, terc-butoxi, pentiloxi, hexiloxi y similares. En algunos aspectos, los grupos alcoxi, cuando forman parte de una molécula más compleja, incluyen un sustituyente alcoxi unido a un alquilo a través de un enlace éter.
El término “cíclico” “cicloalquilo” tal como se usa en el presente documento solo o como parte de otro grupo, se refiere a un grupo hidrocarbonado cíclico saturado o parcialmente insaturado que contiene desde 3, 4 o 5 hasta 6, 7 u 8 carbonos (carbonos que pueden estar sustituidos en un grupo heterocíclico tal como se comenta más adelante). Los ejemplos representativos de cicloalquilo incluyen ciclopropilo, ciclobutilo, ciclopentilo, ciclohexilo, cicloheptilo y ciclooctilo. El término “cicloalquilo” es genérico y pretende incluir grupos heterocíclicos tal como se comenta más adelante a menos que se especifique lo contrario.
El término “arilo” o “aromático” tal como se usa en el presente documento solo o como parte de otro grupo, se refiere a un sistema de anillo carbocíclico monocíclico o un sistema de anillo condensado carbocíclico bicíclico que tiene uno
o más anillos aromáticos. Los ejemplos representativos de arilo incluyen bencilo, azulenilo, indanilo, indenilo, naftilo, fenilo, tetrahidronaftilo y similares. El término “arilo” o “aromático” pretende incluir arilo o aromático tanto sustituido como no sustituido a menos que se indique lo contrario.
El término “heterocíclico” tal como se usa en el presente documento solo o como parte de otro grupo, se refiere a un sistema de anillo monocíclico o bicíclico alifático (por ejemplo, heterocíclico completa o parcialmente saturado) o aromático (por ejemplo, heteroarilo). Los sistemas de anillo monocíclicos se ejemplifican mediante cualquier anillo de 3, 4, 5 o 6 miembros que contiene 1,2, 3 o 4 heteroátomos (es decir, distinto de un átomo de carbono) seleccionados independientemente de oxígeno, nitrógeno y azufre. El anillo de 5 miembros tiene desde 0-2 dobles enlaces y el anillo de 6 miembros tiene desde 0-3 dobles enlaces. El término “heterocíclico” tal como se usa en el presente documento, por tanto, también abarca grupos heteroaromáticos y heteroarilo.
El término “grupo saliente” tal como se usa en el presente documento se refiere a cualquier fragmento molecular, que sale con un par solitario de electrones.
El término “halo” o “halógeno” tal como se usa en el presente documento se refiere a cualquier halógeno adecuado, incluyendo -F, -Cl, -Br y -I.
El término “amina” tal como se usa en el presente documento se refiere a un radical -N(R1)(R2), donde R1 y R2 pueden ser cada uno independientemente hidrógeno o un sustituyente adecuado, tal como un grupo alquilo. El término amina primaria se refiere a un radical -NH2 ; una amina secundaria se refiere a un radical -NH(R1); y una amina terciaria se refiere a un radical -N(R1)(R2) donde R1 y R2 son cada uno independientemente alquilo.
El término “peso molecular promedio en número” o “Mn” se refiere al peso molecular promedio estadístico de todas las moléculas en la muestra expresado en unidades de g/mol. El peso molecular promedio en número puede determinarse mediante técnicas conocidas en la técnica, tal como cromatografía de permeación en gel (donde Mn puede calcularse basándose en estándares conocidos basados en un sistema de detección en línea tal como un detector de índice de refracción, ultravioleta u otro), viscometría, espectrometría de masas o métodos coligativos (por ejemplo, osmometría de presión de vapor, determinación de grupos terminales o RMN de protones). El peso molecular promedio en número
M n = y pise defme mediante \a ecuación, ^ 1 en la que M¡ es el peso molecular de una molécula y N¡ es el número de moléculas de ese peso molecular.
El término “peso molecular promedio en peso” o “Mw” se refiere al peso molecular promedio estadístico de todas las moléculas, teniendo en cuenta el peso de cada molécula en la determinación de su contribución al promedio de peso molecular, expresado en unidades de g/mol. Cuanto mayor sea el peso molecular de una molécula dada, más contribuirá esa molécula al valor de Mw. El peso molecular promedio en peso puede calcularse mediante técnicas conocidas en la técnica, que son sensibles al tamaño molecular, tal como dispersión de luz estática, dispersión de neutrones de ángulo pequeño, dispersión de rayos X y velocidad de sedimentación. El peso molecular promedio en
M - M
w " Z J V , M f
peso se define mediante la ecuación, en la que “M¡” es el peso molecular de una molécula y “N¡” es el número de moléculas de ese peso molecular.
El término “índice de polidispersidad” o “PDI” se refiere a la anchura de la distribución de peso molecular de una población de moléculas. El índice de polidispersidad se define mediante la ecuación,
en la que “PDI” es la relación del peso molecular promedio en peso “Mw” tal como se describe en el presente documento con respecto al peso molecular promedio en número “Mn” tal como se describe en el presente documento. Todas las moléculas en una población de moléculas que es monodispersa tienen el mismo peso molecular y esa población de moléculas tiene un PDI o una relación Mw/Mn igual a 1.
Tal como se usa en el presente documento, el término “HLB” se refiere al equilibrio hidrófilo-lipófilo de los polímeros descritos en el presente documento. El HLB puede calcularse mediante la ecuación HLB = 20 * Mh/M en la que “Mh” es la masa molecular de la parte hidrófila del polímero y “M” es la masa molecular de toda la molécula. La escala oscila entre 0 y 20, con un valor de 0 correspondiendo a una molécula lipófila/hidrófoba completa y un valor de 20 correspondiendo a una molécula completamente hidrófila/lipófoba
Tal como se usa en el presente documento, el término “espuma” o “espuma contra incendios” se refiere a una masa estable de burbujas llenas de aire, de baja densidad. La densidad de estas burbujas es menor que el disolvente que está recubierto con la espuma y, por tanto, permanece encima del disolvente al que está dispensándose la espuma.
Tal como se describe adicionalmente en el presente documento, las espumas forman un manto homogéneo para extinguir un fuego.
Tal como se usa en el presente documento, el término “concentrado” o “concentrado de espuma” se refiere a una disolución concentrada líquida, que cuando se mezcla con agua a una relación especificada tal como se describe adicionalmente en el presente documento forma una disolución de espuma.
Tal como se usa en el presente documento, el término “drenaje” se refiere a la disolución de espuma extendiéndose por encima de un líquido o combustible que está recubriéndose. La tasa de drenaje de una espuma contra incendios es el tiempo que la masa de espuma expandida tarda en extenderse por encima del combustible o disolvente sobre el que se dispensa la espuma.
Tal como se usa en el presente documento, el término “tasa de expansión” o “relación de tasa de expansión” se refiere al volumen de espuma expandida dividido entre el volumen de concentrado de espuma usado para crear la espuma expandida. Por ejemplo, una relación de tasa de expansión de 5 a 1 indica que, por ejemplo, un litro de disolución de espuma tras la aireación llenaría un recipiente de cinco litros vacío con la masa de espuma expandida.
Tal como se usa en el presente documento, el término “fuego de clase A” se refiere a combustibles sólidos ordinarios. Los ejemplos de materiales combustibles incluyen papel y madera. El término “fuego de clase B” se refiere a líquidos y gases inflamables. Los ejemplos de tales materiales combustibles incluyen líquidos combustibles, gasolina, grasa y aceite. El término “fuego de clase C” se refiere a fuegos de equipos eléctricos energizados. El término “fuego de clase D” se refiere a fuegos de metales combustibles. El término “fuego de clase K” se refiere a fuegos de cocina. Los ejemplos de combustibles de fuegos de cocina combustibles incluyen aceites de cocinado, grasa y grasa animal. En el presente documento se describen compuestos que contienen organosiloxano y poliorganosiloxano novedosos. Tal como se describe adicionalmente en el presente documento, estos compuestos son muy adecuados para el luso inmediato en composiciones de espuma contra incendios existentes o nuevas. Estos compuestos, cuando se usan en espumas contra incendios, demuestran una espumación, una capacidad de extensión y una resistencia al quemado de nuevo excelentes. Por tanto, tal como se describe en el presente documento, estos compuestos de organosiloxano y poliorganosiloxano pueden usarse como sustitución para productos perfluoroquímicos y perfluorotensioactivos usados convencionalmente en espumas contra incendios. Estos compuestos son anfífilos y demuestran una baja tensión superficial. Beneficios adicionales de los compuestos de silicio descritos en el presente documento son (a) reacción de conversión de una etapa para la síntesis, (b) una alta tasa de conversión con un alto rendimiento que requiere de pocas a ninguna etapa de purificación, y (c) poco a ningún contenido de haluro presente en el producto final. Sin restringirse a ninguna teoría, se cree que estos compuestos tienen estas características beneficiosas debido a sus estructura lineal, naturaleza anfifílica y la presencia de un resto poli(alquilsiloxano).
En una realización se dan a conocer compuestos de poliorganosiloxano que contienen un resto poli(alquilsiloxano) lineal de fórmula I:
en la que R1, R2 , R3, R4 , R5 y R6 son cada uno independientemente un grupo alquilo y n es un número entero mayor de o igual a 1. En algunas realizaciones, el grupo alquilo es un alquilo C1-3. En algunas realizaciones, R1, R2 , R3 , R4 , R5 y R6 son diferentes. En algunas realizaciones, R1, R2 , R3 , R4 , R5 y R6 son iguales. En algunas realizaciones, R1, R2 , R3 , R4 , R5 y R6 son metilo. En algunas realizaciones, n es un número entero desde 1-20. En algunas realizaciones, n es un número entero desde 5-15. En algunas realizaciones, n es un número entero seleccionado de 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 y 20.
En otra realización se dan a conocer compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmula II:
en la que n, R1, R2 , R3 , R4 , R5 y R6 se describe como para la fórmula I anterior;
B se selecciona de S, O y -N(R7)-, donde R7 se selecciona de H y Cq H2q+1, donde q es un número entero de desde 1 hasta 3;
L se selecciona de alquileno C1-C6 , cicloalquileno C5-C6 y bencilo; y
X se selecciona de -CO2H, -CO2M, -SO3H, -SO3M y -NH3T, donde M es un contracatión y T es un contraanión. En algunas realizaciones, M es un contracatión seleccionado de Na+ y K+ . En algunas realizaciones, T es un contracatión seleccionado de Cl-, Br- y I- .
En otra realización se dan a conocer compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmula II, en la que X es SO3M; M es Na+ ; L es un alquileno C2 ; y B es -N(R7)-, donde q es 1. Estos compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen una estructura según la fórmula III:
en la que n se describe como para las fórmulas I y II anteriores.
En el presente documento se dan a conocer compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmula V:
en la que n es tal como se describe en las fórmulas I y II, m es un número entero de desde 1 hasta 1.000.000, y p es un número entero de desde 2 hasta 40.
En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un peso molecular promedio en número (Mn) de aproximadamente 750 g/mol a aproximadamente 500.000 g/mol, incluyendo cada número entero dentro del intervalo especificado.
En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un peso molecular promedio en peso (Mw) de aproximadamente 750 g/mol a aproximadamente 500.000 g/mol, incluyendo cada número entero dentro del intervalo especificado.
En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de desde aproximadamente 0 hasta aproximadamente 20. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de menos de 10. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de más de 10. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de entre 3 y 6. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de entre 7 y 9. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de entre 13 y 15. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de entre 12 y 16. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un valor de HLB de entre 15 y 18.
En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad (PDI) de aproximadamente 1 a aproximadamente 20. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 10. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 5. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 2. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 1,5. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 1,25. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 1,1. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de aproximadamente 1. En algunas realizaciones, los compuestos que contienen poliorganosiloxano tienen un índice de polidispersidad de menos de aproximadamente 1,05, menos de aproximadamente 1,1, menos de aproximadamente 1,15, menos de aproximadamente 1,2, menos de aproximadamente 1,25, menos de aproximadamente 1,5, menos de aproximadamente 1,75, menos de aproximadamente 2, menos de aproximadamente 2,25, menos de aproximadamente 2,5, menos de aproximadamente 2,75, menos de aproximadamente 3, menos de aproximadamente 3,5, menos de aproximadamente 4, menos de aproximadamente 4,5, menos de aproximadamente 5, menos de aproximadamente 6, menos de aproximadamente 7, menos de aproximadamente 8, menos de aproximadamente 9, menos de aproximadamente 10, menos de aproximadamente 11, menos de aproximadamente 12, menos de aproximadamente 13, menos de aproximadamente 14, menos de aproximadamente 15, menos de aproximadamente 16, menos de aproximadamente 17, menos de aproximadamente 18, menos de aproximadamente 19 o menos de aproximadamente 20.
Métodos de fabricación de compuestos que contienen poliorganosiloxano
En un aspecto se dan a conocer métodos de elaboración de un compuesto que contiene poliorganosiloxano de fórmula II. En algunas realizaciones, el método incluye (a) proporcionar un poliorganosiloxano terminado con diglicidil éter de fórmula IX:
en la que n, R1 , R2 , R3 , R4 , R5 y R6 son tal como se describen para la fórmula I anterior; (b) añadir a una mezcla de reacción que incluyen el poliorganosiloxano terminado con diglicidil éter un reactivo NH(CH3)CH2CH2X, donde X se selecciona de -CO2 H, -CO2M, -SO3H, -SO3M y - NH3T, donde M es un contracatión y T es un contraanión. En algunas realizaciones, M es un contracatión seleccionado de Na+ y K+ . En algunas realizaciones, T es un contracatión seleccionado de Cl- , Br- y I- . En algunas realizaciones, el método incluye además aislar el compuesto que contiene poliorganosiloxano sintetizado. En algunas realizaciones, R1, R2 , R3 , R4 , R5 y R6 son cada uno metilo. En algunas realizaciones, el poliorganosiloxano de fórmula IX es poli(dimetilsiloxano) terminado con diglicidil éter. En algunas realizaciones, el reactivo NH(CH3)CH2CH2X es n-metiltaurina.
Polímeros según la fórmula IX están disponibles comercialmente y pueden sintetizarse mediante métodos de síntesis conocidos en la técnica. Por ejemplo, poli(dimetilsiloxano), terminado con diglicidil éter, (n.° CAS 130167-23-6) está disponible de Sigma-Aldrich. Alternativamente, los compuestos de poliorganosiloxano de fórmula IX pueden sintetizarse mediante métodos de síntesis de poliorganosiloxano conocidos en la técnica, véase, por ejemplo, Jones, R. G.; Ando Wataru; Chojnowski, J. Silicon-Containing Polymers: the Science and Technology of Their Synthesis and Applications; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 2000 para sus enseñanzas de métodos de síntesis de poliorganosiloxano.
El método de elaboración de los compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmulas II puede llevarse a cabo en cualquier recipiente de reacción adecuado conocido en la técnica tal como, por ejemplo, un matraz de fondo redondo. La reacción puede llevarse a cabo en una disolución acuosa con un disolvente evaporativo adecuado, tal como un alcohol secundario (por ejemplo, iso-propanol). La reacción puede llevarse a cabo en condiciones de calor con agitación. En algunas realizaciones, las condiciones de reacción se llevan a cabo a una temperatura de aproximadamente 50°C a aproximadamente 75°C durante un periodo de tiempo que oscila entre aproximadamente 2 horas y aproximadamente 24 horas. El producto final puede aislarse mediante un método de purificación conocido en la técnica. Por ejemplo, los compuestos que contienen poliorganosiloxano de fórmulas II pueden aislarse evaporando el disolvente restante.
Composiciones de espuma extintora
Algunas realizaciones descritas son composiciones de espuma extintora que incluyen uno o más de los compuestos que contienen organosiloxano y poliorganosiloxano descritos en el presente documento. La composición de espuma extintora puede ser cualquier espuma formadora de película acuosa (AFFF) o espuma formadora de película resistente al alcohol (AR-AFFF). Estas espumas extintoras pueden estar presentes como composición concentrada. Los concentrados pueden producirse a cualquier concentración adecuada, incluyendo, pero sin limitarse a, concentrados de espuma al 1, al 3 y al 6% (p/p), que son concentraciones que son típicas para uso comercial. También pueden prepararse concentrados que son menos del 1% (p/p) o más del 6% (p/p). Los concentrados de espuma se mezclan con agua, que puede incluir agua pura, desionizada o destilada, agua corriente o dulce, agua marina, salmuera, o una disolución acuosa o que contiene agua o mezcla capaz de servir como componente de agua para la composición de espuma contra incendios.
Los concentrados de AFFF convencionales contienen mezclas de perfluoroalquilo y tensioactivos hidrocarbonados no fluorados, cada uno de los cuales pueden ser aniónico, catiónico, no iónico o anfótero, disolventes tales como glicoles y/o éteres de glicol, y aditivos menores tales como agentes quelantes, tampones de pH, inhibidores de la corrosión y similares. Diversos concentrados de AFFF convencionales se describen en, por ejemplo, las patentes estadounidenses n.os 3.047.619; 3.257.407; 3.258.423; 3.562.156; 3.621.059; 3.655.555; 3.661.776; 3.677.347; 3.759.981; 3.772.199; 3.789.265; 3.828.085; 3.839.425; 3.849.315; 3.941.708; 3.95.075; 3.957.657; 3.957.658; 3.963.776; 4.038.198; 4.042.522; 4.049.556; 4.060.132; 4.060.489; 4.069.158; 4.090.976; 4.099.574; 4.149.599; 4.203.850; 4.209.407; y 8.431.036. Concentrados de AR-AFFF se describen en, por ejemplo, las patentes estadounidenses n.os 4.060.489; la patente estadounidense mo 4.149.599 y la patente estadounidense mo 4.387.032.
A diferencia de las espumas extintoras convencionales mencionadas anteriormente, las composiciones de espuma extintora descritas en el presente documento tienen de poco a nada de flúor o fluorotensioactivos. Por tanto, en algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios tienen menos del 5% en peso de flúor. En algunas
realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios tienen menos del 1% en peso de flúor. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios tienen menos del 0,5% en peso de flúor. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios están sustancialmente libres de flúor. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios están libres de flúor.
En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios tienen menos del 5% en peso de tensioactivos fluorados. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios tienen menos del 1% en peso de tensioactivos fluorados. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios tienen menos del 0,5% en peso de tensioactivos fluorados. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios están sustancialmente libres de tensioactivos fluorados. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios están libres de tensioactivos fluorados.
En algunas realizaciones, las espumas contra incendios tal como se describen en el presente documento tienen una composición tal como se muestra en la tabla 1.
Tal como se describe en el presente documento, los concentrados de espuma contra incendios pueden formularse a diferentes concentraciones, por ejemplo, desde el 1% hasta el 6%. Tal como se usa en el presente documento, el concentrado de porcentaje más bajo indica la composición de espuma más concentrada. Por tanto, se forma una disolución de concentrado al 1% como premezcla de concentración de uso tras mezclar 1 parte de concentrado (por ejemplo, un concentrado de la tabla 1) con 99 partes de agua y se forma una disolución de premezcla de concentración de uso al 6% tras mezclar 6 partes del concentrado (por ejemplo, un concentrado de la tabla 1) con 94 partes de agua. El agua usada en las composiciones de espuma contra incendios y para diluir una concentración de espuma hasta la concentración de uso puede incluir agua pura, desionizada o destilada, agua corriente o dulce, agua marina, salmuera, o una disolución acuosa o que contiene agua o mezcla capaz de servir como componente de agua.
La intensidad de concentración puede aumentarse o disminuirse. Por ejemplo, para preparar una disolución de concentrado al 1% a partir de una disolución de concentrado al 3%, la cantidad de peso de cada agente en el concentrado de composición de espuma contra incendios se aumentaría en un factor de 3. Alternativamente, para preparar una disolución de concentrado al 3% a partir de una disolución de concentrado al 1%, el peso de cada agente se disminuiría en un factor de 3.
En algunas realizaciones descritas en el presente documento, los compuestos de poliorganosilicio y organosilicio descritos en el presente documento se usan en una composición de espuma contra incendios. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen uno o más compuestos de poliorganosilicio según las fórmulas M-MI. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen un compuesto de poliorganosilicio según la fórmula II. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen un compuesto de poliorganosilicio según la fórmula III.
En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen desde el 0,1% hasta el 25% en peso de uno o más compuestos de poliorganosilicio según una cualquiera de las fórmulas II-III descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen desde el 0,1% hasta el 20% en peso de uno o más compuestos de poliorganosilicio según una cualquiera de las fórmulas II-III descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen desde el 0,1% hasta el 15% en peso de uno o más compuestos de poliorganosilicio según una cualquiera de las fórmulas II-III descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen desde el 0,1% hasta el 10% en peso de uno o más compuestos de poliorganosilicio según una cualquiera de
las fórmulas II-III descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen desde el 0,1% hasta el 5% en peso de uno o más compuestos de poliorganosilicio según una cualquiera de las fórmulas II-III descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen desde el 0,1% hasta el 3% en peso de uno o más compuestos de poliorganosilicio según una cualquiera de las fórmulas II-III descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios incluyen desde el 0,1% hasta el 1% en peso de uno o más compuestos de poliorganosilicio según una cualquiera de las fórmulas II-III descritas en el presente documento.
En algunas realizaciones, las composiciones de espuma contra incendios descritas en el presente documento incluyen un compuesto que contiene silicio adicional de estructura S1:
En algunas realizaciones, las composiciones de espuma extintora contienen tensioactivos hidrocarbonados adicionales. Estos tensioactivos promueven la formación de espuma tras aireación. El uso de tensioactivos adicionales también funciona para provocar la extensión, el drenaje, la fluidez y la expansión de la espuma. Además, el uso de tensioactivos puede ayudar a la solubilización de otros componentes en disoluciones de agua dura, agua marina o salmuera. El tensioactivo hidrocarbonado adicional puede ser aniónico, zwitteriónico/anfótero o catiónico teniendo una cadena de carbono lineal de aproximadamente 6 a 20 átomos de carbono. En el presente contexto, la referencia a tensioactivos de diferentes tipos de carga se refiere a, por ejemplo, tensioactivos aniónicos y no iónicos, o tensioactivos aniónicos y zwitteriónicos.
Los tensioactivos hidrocarbonados zwitteriónicos o anfóteros a modo de ejemplo y no limitativos incluyen, pero no se limitan a, aquellos que contienen en la misma molécula restos amino y carboxi, sulfónico y éster sulfúrico, tales como óxidos de amina, aminopropionatos, sultaínas, sulfobetaínas, alquilsulfobetaínas, alquilbetaínas, alquilamidobetaínas, glicinatos de dihidroxietilo, acetatos de imidazolina, propionatos de imidazolina y sulfonatos de imidazolina. Los productos disponibles comercialmente incluyen Chembetaine CAS (Lubrizol Inc.), Mirataine™ H2C-HA (lauriminodipropionato de sodio), Miranol™ C2M-SF Conc. (cocoanfopropionato de sodio), Mirataine™ CB (cocamidopropilbetaína), Mirataine™ CBS (cocamidopropilhidroxisultaína) y Miranol™ JS Conc. (caprilanfohidroxipropilsultaína de sodio), todos disponibles comercialmente de Rhone-Poulenc Corp.; tensioactivos a base de imidazol se describen en la patente estadounidense n.° 3.957.657. En algunos aspectos, el tensioactivo zwitteriónico incluye una alquilsulfobetaína.
Los tensioactivos hidrocarbonados aniónicos a modo de ejemplo y no limitativos incluyen, pero no se limitan a, tensioactivos de alquilo C8-C16, carboxilatos de alquilo, sulfatos de alquilo, sulfonatos y sus derivados etoxilados. Los ejemplos de sulfatos de alquilo incluyen, pero no se limitan a, octilsulfato de sodio (por ejemplo, Sipex™ OLS, disponible comercialmente de Rhone-Poulenc Corp., Cranberry, N.J.) y decilsulfato de sodio (por ejemplo, Polystep™ B-25, disponible comercialmente de Stepan Co., Northfield, Ill.); etersulfatos de alquilo tales como CnH2+1(OC2H4)2OSO3Na, donde 6<n<12 (por ejemplo, Witcolate™ 7093, disponible comercialmente de Witco Corp., Chicago, Ill.); y sulfonatos de alquilo tales como CnH2n+1SO3Na, donde 6<n<12. Además son adecuadas las sales de amonio y metales alcalinos. En algunos aspectos, el uno o más tensioactivos hidrocarbonados aniónicos incluyen sulfato de decilo.
Los tensioactivos no iónicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, derivados de polioxietileno de alquilfenoles, alcoholes lineales o ramificados, ácidos grasos, alquilaminas, alquilamidas y glicoles acetilénicos, alquilglicósidos y alquilpoliglicósidos disponibles como, por ejemplo, APG 325N (DeWolf Chemical), polímeros de bloque de unidades de polioxietileno y polioxipropileno. Tensioactivos no iónicos adicionales se describen en la patente estadounidense mo 5.207.932. En algunos aspectos, el tensioactivo no iónico es un alquilpoliglicósido (por ejemplo, APG 325N).
En algunas realizaciones, las espumas contra incendios incluyen uno o más formadores de película o espesantes poliméricos solubles en agua. En algunas realizaciones, estos formadores de película o espesantes son adecuados para concentrados de AR-AFFF para extinguir fuegos que implican disolventes polares o combustibles. Estos formadores de película precipitan a partir de la disolución cuando las burbujas de espuma entran en contacto con los disolventes polares y combustible y forman una película de polímero que repele el vapor en la interfaz de disolvente/espuma, impidiendo que la espuma colapse. Los ejemplos de compuestos adecuados incluyen gomas de polisacárido tixotrópicas tal como se describen en las patentes estadounidenses n.os 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. 6.262.128 y 7.868.167.
Compuestos formadores de película disponibles comercialmente a modo de ejemplo y no limitativos se comercializan como Rhodopol, Keltrol, Kelco, Actigum, goma Cecal, Galaxy y Kelzan. Las gomas y resinas a modo de ejemplo adicionales útiles como formadores de película incluyen gomas ácidas tales como goma xantana, goma diután, ácido péctico, ácido algínico, agar, goma de carragenanos, goma rhamsam, goma welan, goma de manano, goma de
garrotín, goma de galactomanano, pectina, almidón, ácido algínico bacteriano, succinoglucano, goma arábiga, carboximetilcelulosa, heparina, gomas de polisacárido de ácido fosfórico, sulfato de dextrano, sulfato de dermantán, sulfato de fucano, goma karaya, goma tragacanto y goma garrofín sulfatada. Los polisacáridos neutros a modo de ejemplo y no limitativos útiles como formadores de película incluyen: celulosa, hidroxietilcelulosa, dextrano y dextranos modificados, glucanos neutros, hidroxipropilcelulosa, así como otros éteres y ésteres de celulosa. Los almidones modificados incluyen ésteres de almidón, éteres, almidones oxidados y almidones digeridos enzimáticamente. En algunas realizaciones, el uno o más compuestos formadores de película incluyen goma diután.
Pueden usarse adyuvantes de espuma para potenciar las propiedades de expansión y de drenaje de la espuma, al tiempo que se proporciona solubilización y una acción anticongelación. Los adyuvantes de espuma a modo de ejemplo y no limitativos incluyen alcoholes o éteres tales como monoalquil éteres de etilenglicol, polietilenglicol, monoalquil éteres de dietilenglicol, propilenglicol, monoalquil éteres de dipropilenglicol, monoalquil éteres de trietilenglicol, 1-butoxietoxi-2-propanol, glicerina, hexilenglicol y trimetilglicina. Se conocen adyuvantes de espuma útiles, véanse, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n.os 5.616.273. 3.457.172; 3.422.011 y 3.579.446, y en la publicación de solicitud internacional PCT n ° WO 2014/153140. En algunas realizaciones, el uno o más adyuvantes de espuma incluyen propilenglicol.
En algunas realizaciones, las espumas contra incendios incluyen uno o más quelantes o tampón secuestrante. Los quelantes y tampones secuestrantes a modo de ejemplo y no limitativos incluyen agentes que secuestran y quelan iones metálicos, incluyendo ácidos poliaminopolicarboxílicos, ácido etilendiaminotetraacético, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido nitrilotriacético, ácido hidroxietiletilendiaminotriacético y sales de los mismos. Los tampones a modo de ejemplo incluyen fosfato de Sorensen o tampones citrato de Mcllvaine.
En algunas realizaciones, las espumas contra incendios incluyen uno o más inhibidores de la corrosión. El inhibidor de la corrosión a modo de ejemplo y no limitativo incluye orto-fenilfenol, toliltriazol y ácidos de éster de fosfato. En algunas realizaciones, el inhibidor de la corrosión es toliltriazol.
En algunas realizaciones, las espumas contra incendios incluyen uno o más electrolitos. Un electrolito presente en pequeñas cantidades puede equilibrar el rendimiento de agentes de espuma extintora cuando se mezclan con agua oscilando de blanda a muy dura, incluyendo agua marina o salmuera, y para mejorar el rendimiento del agente en agua muy blanda. Los electrolitos típicos incluyen sales de metales monovalentes o polivalentes de los grupos 1,2 o 3, o bases orgánicas. Metales alcalinos a modo de ejemplo y no limitativos útiles en las composiciones de espuma extintora descritas en el presente documento son sodio, potasio o magnesio. Las bases orgánicas a modo d de ejemplo y no limitativas incluyen sales de amonio, trialquilamonio, bis-amonio y similares. Los electrolitos adicionales incluyen, pero no se limitan a sulfatos, bisulfatos, fosfatos, nitratos y sales polivalentes incluyendo sulfato de magnesio y nitrato de magnesio. En algunas realizaciones, el electrolito es sulfato de magnesio.
En algunas realizaciones, la espuma contra incendios incluye uno o más antimicrobianos, biocidas o conservantes. Estos componentes se incluyen para impedir la descomposición biológica de polímeros a base de productos naturales que se incorporan como formadores de película polimérica (por ejemplo, una goma de polisacárido). Los ejemplos incluyen Kathon CG/ICP (Rohm & Haas Company), Givgard G-4 40 (Givaudan, Inc.) y Dowicil 75 (Dow Chemical Company). Conservantes adicionales se dan a conocer en las patentes estadounidenses n.os 3.957.657; 4.060.132; 4.060.489; 4.306.979; 4.387.032; 4.420.434; 4.424.133; 4.464.267. 5.207.932. 5.218.021 y 5.750.043. En algunos aspectos, el agente biocida es Dowicil 75.
En algunas realizaciones, la espuma contra incendios incluye uno o más disolventes no acuosos miscibles con agua. Los disolventes a modo de ejemplo y no limitativos incluyen hexilenglicol, butilcarbitol, butil Cellosolve, polietilenglicol, metildiproxitol, propilenglicol, n-propil éter de propilenglicol y metil éter de tripropilenglicol. En algunas realizaciones, el uno o más disolventes no acuosos es propilenglicol. En algunas realizaciones, el uno o más disolventes no acuosos es butilcarbitol. En algunos aspectos, el uno o más disolventes no acuosos es butilcarbitol y propilenglicol.
Métodos de uso de espumas contra incendios
Algunas realizaciones descritas en el presente documento son métodos de uso de las composiciones de espuma contra incendios descritas en el presente documento para extinguir un fuego. Las composiciones de espuma contra incendios descritas en el presente documento se introducen in un fuego o una llama en una cantidad suficiente para extinguir el fuego o la llama. Un experto en la técnica reconocerá que la cantidad de composición extintora necesaria para extinguir un peligro particular dependerá de la naturaleza y el grado del peligro. En algunos aspectos, las espumas contra incendios descritas en el presente documento se usan para extinguir un fuego de clase A. En algunos aspectos, las espumas contra incendios descritas en el presente documento se usan para extinguir un fuego de clase B. En algunos aspectos, las espumas contra incendios descritas en el presente documento se usan para extinguir un fuego de clase C. En algunos aspectos, las espumas contra incendios descritas en el presente documento se usan para extinguir un fuego de clase D. En algunos aspectos, las espumas contra incendios descritas en el presente documento se usan para extinguir un fuego de clase K. Los agentes de espuma extintora y el porcentaje de peso de las composiciones de espuma extintora descritas en el presente documento pueden modificarse para adaptarse a la clase de fuego que esté extinguiéndose tal como entendería un experto en la técnica.
En algunas realizaciones, la composición de espuma puede aplicarse a una variedad de sustratos, incluyendo productos químicos no polares líquidos (por ejemplo, gasolina) y líquidos polares. La espuma aplicada se extiende rápidamente como un manto espeso pero móvil sobre una superficie de un producto químico líquido, para la cobertura y/o extinción rápida de un fuego. En el caso de un producto químico líquido que está ardiendo, el drenaje de la composición de espuma (es decir, la fase acuosa) se drena y se extiende como película sobre la superficie del producto químico líquido. Si la película se altera o rompe, tiene propiedades para reformarse para sellar vapores (existentes en ocasiones a temperaturas elevas) e impedir la ignición o la nueva ignición del producto químico líquido. Las composiciones de espuma descritas en el presente documento permanecen en la forma de un manto de espuma sobre el producto químico líquido para proporcionar una supresión de vapor continuada y resistencia a la ignición o la nueva ignición (es decir, resistencia al quemado de nuevo) del producto químico líquido durante un tiempo significativo tras la extinción.
En algunas realizaciones, los concentrados de espuma contra incendios se mezclan con agua para formar una formulación de concentración de uso. En algunas realizaciones, las espumas contra incendios se mezclan como una disolución al 3% y se espuman usando dispositivos de espumación ampliamente conocidos en la técnica. A medida que agua a presión pasa a través de una manguera contraincendios, normalmente el 3 por ciento en volumen de la composición de concentrado se induce al interior de la línea de la manguera mediante el efecto Venturi para formar una disolución de espuma del concentrado diluido con agua. La disolución se airea para producir una espuma acabada mediante el uso de una boquilla de aspiración de aire ubicada en el extremo de salida de la manguera. Una disolución de espuma almacenada durante cualquier duración de tiempo antes de la aireación se conoce como premezcla de espuma y puede airearse igualmente para producir una espuma acabada. Los equipos que pueden usarse para producir y aplicar estas espumas de aire acuosas se conocen en la técnica y también se describen en publicaciones de la National Fire Protection Association.
En algunas realizaciones, la composición de espumación, que contiene los agentes de espuma tal como se describe en el presente documento, existe como composición transitoria como flujo de agua dentro de un dispensador de espuma contra incendios (por ejemplo, una manguera contraincendios). Por tanto, tras la formación de la composición de espumación, la composición de espumación puede airearse mediante métodos que se entienden ampliamente en la técnica de composiciones de espuma, por ejemplo, usando una boquilla de aspiración de aire, para formar una composición de espuma que incluye una fase de vapor (por ejemplo, aire) arrastrada en una fase líquida (por ejemplo, acuosa). La cantidad de aire incluida generalmente en la espuma puede ser tal que el aire sea el componente principal de la espuma en volumen, por ejemplo, mayor de aproximadamente el 50 por ciento en volumen, por ejemplo, desde aproximadamente el 75 hasta el 98 por ciento en volumen de aire. En algunas realizaciones, la espuma para la mayoría de las aplicaciones tiene una densidad de menos de 1 gramo por centímetro cúbico con una relación de tasa de expansión definida (volumen de espuma expandida en relación con el peso de espuma no expandida en gramos).
En algunas realizaciones, la espuma contra incendios tiene una relación de expansión de desde aproximadamente 2 con respecto a 1 hasta aproximadamente 1000 con respecto a 1. En algunas realizaciones, la espuma contra incendios es una espuma de baja expansión que tiene una relación de expansión de aproximadamente 2 con respecto a 1 a aproximadamente 20 con respecto a 1. En algunas realizaciones, la espuma contra incendios es una espuma de media expansión que tiene una relación de expansión de aproximadamente 20 con respecto a 1 a aproximadamente 200 con respecto a 1. En algunas realizaciones, la espuma contra incendios es una espuma de alta expansión que tiene una relación de expansión de aproximadamente 200 con respecto a 1 a aproximadamente 1000 con respecto a 1.
EJEMPLOS
Ejemplo 1. Síntesis de un compuesto que contiene poliorganosiloxano de fórmula III
El compuesto que contiene poliorganosiloxano de fórmula III se sintetizó según la reacción 1. A un matraz de fondo redondo de 250 ml se le añadieron 9 g (0,01 mol) de poli(dimetilsiloxano), terminado con diglicidil éter (n° CAS 130167 23-6) (Mw~900), 60 ml de iso-propanol, 28 ml de agua y 5,47 g (0,0204 mol) de disolución acuosa de n-metiltaurina al 60% (n° CAS 107-68-6). La mezcla de reacción se agitó a 60~652C durante un día seguido de la evaporación de isopropanol hasta el -50% (en peso) de un concentrado como producto deseado final.
donde n se define como para la fórmula III descrita en el presente documento.
Ejemplo 2. Síntesis de un compuesto que contiene poliorganosiloxano según la estructura S1
El compuesto que contiene organosiloxano de estructura S1 se sintetizó según la reacción 2. A un matraz de fondo redondo de 250 ml se le añadieron (3-glicidoxipropil)-bis-(trimetilsiloxi)metilsilano, 2-(metilamino)etano-1-sulfonato de sodio, IPA y agua, añadiéndose el IPA y el agua en una relación de 2 con respecto a 1 ratio. La mezcla de reacción se agitó a 60-652C durante un día en un sistema cerrado seguido de la evaporación para eliminar el iso-propanol para dar concentrado ~ 98% (en peso) como producto deseado final.
Ejemplo 5. Prueba de incendio de una espuma extintora que incluye compuestos que contienen organosiloxano y poliorganosiloxano como componentes activos
Se generó una espuma extintora de prueba de concentrado al 3% según la tabla 2. Esta espuma se evaluó entonces posteriormente para determinar el rendimiento de extinción de fuego de una mezcla de polímeros de silicio y compuestos que contienen silicio descritos en el presente documento. Se elaboraron un total de 2.500 gramos de una premezcla al 3% usando agua corriente. La premezcla se agitó con una mezcladora vertical durante 5 minutos produciendo una mezcla que era en la mayoría de los casos de transparente a ligeramente turbia sin sólidos obvios presentes.
La espuma según la tabla 2 se usó entonces en pruebas de quemado para extinguir fuegos de disolvente de base hidrófoba (heptano) e hidrófila (acetona). Los equipos usados para dispensar y someter a prueba de fuego la espuma fueron una bandeja que contenía el combustible inflamable especificado, una boquilla, una placa giratoria, un manómetro de aire y un cronómetro.
La espuma se dispensó en primer lugar sobre una mezcla de 500 ml de heptano y 500 ml de agua en una bandeja a una presión de 25 psi (0,1896 gpm). La espuma se aplicó durante 24 segundos y la bandeja se cubrió mediante la espuma en 13 segundos con extinción en 24 segundos. La espuma demostró una resistencia al quemado de nuevo durante 10:29 (mm:ss) con -8% del manto de espuma abierto a 09:40.
A continuación, la espuma se dispensó sobre una mezcla de 1000 ml de acetona en una bandeja a una presión de 25 psi (0,1896 gpm). La espuma se aplicó durante 90 segundos y la bandeja se cubrió mediante la espuma en 20 segundos con extinción en 31 segundos. La espuma demostró una resistencia al quemado de nuevo durante 20:40 (mm:ss) con -50% del manto de espuma abierto a 19:40.
Se contempla además que las espumas contra incendios descritas en el presente documento presenten resistencia al quemado de nuevo y extinción de fuego cuando se formulan con un único compuesto que contiene poliorganosiloxano según una cualquiera de las fórmulas M-MI o como una mezcla o combinación de compuestos que contienen poliorganosiloxano según las fórmulas II-III
Aunque la invención en el presente documento se ha descrito en relación con realizaciones descritas de la misma, los expertos en la técnica apreciarán que pueden hacerse adiciones, modificaciones, sustituciones y deleciones no descritas específicamente sin apartarse del espíritu y alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por tanto, se pretende que la descripción detallada anterior se considere ilustrativa en vez de limitativa y que se entienda que son las siguientes reivindicaciones, incluyendo todos los equivalentes, las que se pretende que definan el alcance de esta invención.
Claims (15)
- REIVINDICACIONES1 Un compuesto de poliorganosiloxano de fórmula II:
en la que n es de 1-20;R1, R2 , R3 , R4 , R5 y R6 son cada uno independientemente alquilo C1-3;B se selecciona de S, O y -N(R7)-, donde R7 se selecciona de H y Cq H2q+1, donde q es un número entero de desde 1 hasta 3;L se selecciona de alquileno C1-C6 , cicloalquileno C5-C6 y bencilo; yX se selecciona de -CO2H, -CO2M, -SO3H, -SO3M y -NH3T, donde M es un contracatión y T es un contraanión. - 2. - El compuesto de poliorganosiloxano según la reivindicación 1, en el que B es S; y X se selecciona de CO2 H y -CO2M.
- 3. - El compuesto de poliorganosiloxano según la reivindicación 1, en el que B es S; y X se selecciona de -SO3H y -SO3M.
- 4. - El compuesto de poliorganosiloxano según la reivindicación 1, en el que B es O; y X se selecciona de -CO2H y -CO2M.
- 5. - El compuesto de poliorganosiloxano según la reivindicación 1, en el que B es O; y X se selecciona de -SO3 H y -SO3M.
- 6. - El compuestode poliorganosiloxano según la reivindicación 1, en el que X es -CO2M; y B es -N(R7).
- 7. - El compuestode poliorganosiloxano según la reivindicación 1, en el que X es -SO3M; y B es -N(R7).
- 8. - El compuestode poliorganosiloxano según la reivindicación 7 según la fórmula III:
en la que n es un número entero de desde 1 hasta 20. - 9.- Un método de elaboración del compuesto de poliorganosiloxano según la reivindicación 1, que comprende (a) proporcionar un poliorganosiloxano terminado con diglicidil éter de fórmula IX:
en la que n es un número entero de desde 1 hasta 20; y(b) añadir a una mezcla de reacción que comprende el compuesto de poliorganosilicio terminado con diglicidil éter un reactivo H-N(R7)-L-X, donde -L- es -CH2CH2- y -X es tal como se define en la reivindicación 1. - 10. - Una composición de espuma contra incendios que comprende del 0,01% en peso al 25% en peso de un compuesto de poliorganosiloxano según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8.
- 11. - La composición de espuma contra incendios según la reivindicación 10, que comprende además uno o más tensioactivos seleccionados del grupo que consiste en alquilglicósidos, alquilpoliglicósidos, alquilsulfobetaínas y sulfatos de alquilo.
- 12. - La composición de espuma contra incendios según la reivindicación 10 u 11, que comprende además: uno o más disolventes seleccionados del grupo que consiste en hexilenglicol, butilcarbitol, butilcelulosa, polietilenglicol, metildiproxitol, propilenglicol, n-propil éter de propilenglicol y metil éter de tripropilenglicol; yuno o más estabilizadores de espuma se seleccionan del grupo que consiste en monoalquil éteres de etilenglicol, polietilenglicol, monoalquil éteres de dietilenglicol, propilenglicol, monoalquil éteres de dipropilenglicol, monoalquil éteres de trietilenglicol, 1-butoxietoxi-2-propanol, glicerina, hexilenglicol y trimetilglicina.
- 13. - La composición contra incendios según una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en la que la composición de espuma contra incendios está libre de tensioactivos fluorados.
- 14. - Un método de formación de una espuma contra incendios, que comprende:mezclar la composición de espuma contra incendios según una cualquiera de las reivindicaciones 10-13 con agua para formar una disolución con concentración de uso, siendo la composición de espuma contra incendios un concentrado que comprende del 0,1 al 10% en peso del compuesto de poliorganosiloxano según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8; yairear la disolución con concentración de uso para formar la espuma contra incendios.
- 15. - Un método de lucha contra un fuego que comprende administrar la espuma contra incendios según la reivindicación 14 al fuego.
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