ES2922906T3 - Composición ignífuga para su uso en paneles de materiales compuestos de madera - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a una composición ignífuga para uso en paneles compuestos de madera, que comprende un agente ignífugo o una formulación intumescente, donde el pH de una solución acuosa al 10 % de dicha composición se encuentra entre 3,5 y 8,5. La presente invención también proporciona un uso específico de la composición en paneles compuestos de madera ignífugos, el método respectivo para producir esos paneles, así como los propios paneles compuestos de madera resultantes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Composición ignífuga para su uso en paneles de materiales compuestos de madera
Campo técnico
La invención pertenece al campo técnico de las composiciones ignífugas para uso en paneles de materiales compuestos de madera.
Antecedentes
Los paneles de materiales compuestos de madera se utilizan ampliamente en el sector de la construcción. Tanto la madera como estos materiales a base de madera deben cumplir amplios requisitos en cuanto a propiedades ignífugas. En Europa, se introducen varias normas y requisitos que permiten comparar las propiedades frente al fuego de los materiales de construcción (por ejemplo, Euroclasse EN 13501-1). Al clasificar un material de construcción en estas clases, se tienen en cuenta características tales como difícilmente inflamable, inflamable, propagador de la llama, poder calorífico, así como el desarrollo de humo y gotas ardientes del material.
Para cumplir con estos requisitos y cumplir con los más altos estándares de calidad, los paneles de materiales compuestos de madera se complementan a menudo durante su producción con composiciones con características ignífugas y, opcionalmente, supresores de humo.
El documento US 8715540, por ejemplo, describe una composición ignífuga para reducir la cantidad de combustión que se produce en un material, así como la densidad del humo que se produce. La composición se puede añadir al material de construcción.
El documento EP 2586849 se dirige a una composición acuosa que comprende dihidrógeno-fosfato monoamónico como agente ignífugo. La composición se utiliza durante la producción de paneles de materiales compuestos de madera para crear paneles de materiales compuestos de madera ignífugos.
El documento WO 02/102926 describe una composición ignífuga que consiste esencialmente en tributilamina, bórax y fosfato monoamónico, que en solución acuosa tiene un pH resultante de 6,0 a 8,5 y que se utiliza en la producción de tableros de fibra por pulverización.
El documento US 4725382 se refiere a una composición ignífuga soluble en agua que utiliza control de pH para proporcionar un material ignífugo de baja corrosividad y comprende ácido bórico, fosfato monoamónico y fosfato diamónico. El pH de una solución acuosa es de aproximadamente 6,7 a 6,95.
La producción de estos paneles de materiales compuestos de madera normalmente utiliza un adhesivo o una resina para proporcionar cohesión a las partículas o fibras de madera. La adición de aditivos, tales como composiciones ignífugas, puede tener un impacto en la funcionalidad de estas resinas (p. ej., menor resistencia de la adhesión). Como consecuencia, a veces se necesitan mayores cantidades de resinas para asegurar una buena cohesión de los artículos y, por lo tanto, productos finales de buena calidad.
Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de una manera mejorada de producir paneles de materiales compuestos de madera ignífugos y supresores de humo, así como una necesidad de mejores composiciones ignífugas/supresoras de humo sin influir en la funcionalidad de las resinas. La presente invención tiene como objetivo proporcionar una solución para esto último mediante el ajuste fino de la composición ignífuga en función de la resina elegida.
Sumario de la invención
En un primer aspecto, la presente invención proporciona una composición ignífuga según la reivindicación 1. Esta composición es particularmente útil para uso en paneles de materiales compuestos de madera. El pH de la composición se ha adaptado meticulosamente mediante la adición de uno o más reguladores de pH, para proporcionar una buena compatibilidad con las resinas utilizadas durante la producción de los materiales compuestos de madera. Además, el pH puede controlarse aún más, en función de la resina específica utilizada durante la producción. Controlando el pH de la composición ignífuga en un intervalo muy específico y predeterminado, los inventores de la presente invención encontraron que la resistencia de la adhesión de la resina se vio influida positivamente. Esto incluso resultó en un menor consumo de resina que a su vez tiene una influencia positiva en el costo.
En una realización, dicha composición comprende una formulación intumescente. Si bien se sabe que los intumescentes se usan como agentes ignífugos, hasta la fecha su uso en paneles de materiales compuestos de madera se ha limitado a revestimientos de los paneles acabados, debido a su incapacidad con las resinas usadas para la producción de los paneles. Estos paneles se fabrican normalmente con material que contiene celulosa, tal como astillas de madera, que se unen mediante una resina y se prensan. Previamente, cuando se añadía la formulación intumescente al material que contenía celulosa y la resina, se encontró que la formulación y la resina reaccionaban. Esto condujo a una activación temprana de la formulación intumescente así como a la degradación de
la resina. Los inventores de la presente invención encontraron ahora que adaptando el pH de la composición mediante la adición de uno o más reguladores de pH, la formulación intumescente también podría aplicarse en el núcleo de un panel de material compuesto de madera. Controlando el pH de la composición ignífuga en un intervalo muy específico y predeterminado, los inventores de la presente invención descubrieron que se evitaba la activación no deseada de la formulación intumescente y la degradación de la resina. La formulación intumescente y la resina permanecieron estables durante la producción de dichos paneles de materiales compuestos de madera. Esto permite el uso de la composición dentro del panel en lugar de como un revestimiento posterior una vez que se ha producido el panel. Como consecuencia, la producción de los paneles es más eficiente y rentable.
En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un uso específico de la composición en paneles ignífugos de materiales compuestos de madera de acuerdo con la reivindicación 12, el método respectivo para producir esos paneles en la reivindicación 13. Los paneles resultantes cumplen con varias normas de ensayos de resistencia al fuego (ASTM, EN, DIN, BS, NF P) para productos de construcción.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a una composición ignífuga, su uso en paneles de materiales compuestos de madera, el método para su producción y el panel de material compuesto de madera resultante.
A menos que se defina lo contrario, todos los términos y expresiones utilizados en la divulgación de la invención, incluidos los términos y expresiones técnicos y científicos, tienen el significado que comúnmente entienden los expertos en la técnica a la que pertenece esta invención. A modo de orientación adicional, se incluyen definiciones de términos y expresiones para apreciar mejor las enseñanzas de la presente invención.
Como se usa en este documento, los siguientes términos y expresiones tienen los siguientes significados:
"Un", "una" y "el (la)" tal como se usan en este documento se refieren tanto al singular como al plural, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. A modo de ejemplo, "un compartimento" se refiere a uno o más de un compartimento.
"Aproximadamente", tal como se usa en este documento para referirse a un valor medible, tal como un parámetro, una cantidad, una duración temporal y similares, pretende abarcar variaciones de /-20% o menos, preferiblemente /-10% o menos, más preferiblemente /-5% o menos, incluso más preferiblemente /-1% o menos, y aún más preferiblemente /-0,1% o menos del valor especificado, en la medida en que tales variaciones sean apropiadas para realizar en la invención divulgada. Sin embargo, debe entenderse que el valor al que se refiere el modificador "aproximadamente" también se describe específicamente.
Como se usan en este documento, "comprenden", "que comprende(n)" y "comprende" y "compuesto por" son sinónimos de "incluyen", "que incluye(n)", "incluye" o "contienen", "que contiene(n)", "contiene" y son inclusivos o términos abiertos que especifican la presencia de lo que sigue, p. ej., un componente, y no excluyen o impiden la presencia de componentes, características, elementos, miembros, etapas adicionales no enumerados, conocidos en la técnica o revelados en ella.
El recitado de intervalos numéricos por puntos finales incluye todos los números y fracciones subsumidos dentro de ese intervalo, así como los puntos finales recitados.
En este documento y en toda la descripción, las expresiones "% en peso" o "porcentaje en peso" se refieren, a menos que se defina de otra manera, al peso relativo del componente respectivo basado en el peso total de la formulación. La expresión "% en peso seco de la composición" debe entenderse como el peso relativo del componente respectivo basado en el peso total de la materia seca de la formulación.
La expresión "paneles de materiales compuestos de madera" se refiere a una gama de productos derivados de la madera que se fabrican uniendo o fijando las hebras, partículas, fibras o chapas o tableros de madera, junto con adhesivos, resinas o bicofibras, para formar materiales compuestos. Por lo general, los productos de madera de diseño se fabrican con las mismas maderas duras y blandas que se utilizan para fabricar madera aserrada. Los desechos de aserradero y otros desechos de madera se pueden usar para madera de diseño compuesta de partículas o fibras de madera, pero los troncos enteros generalmente se usan para chapas, tales como madera contrachapada, tableros de fibras de densidad media (MDF) o tableros de partículas. Algunos productos de madera de diseño, como los tableros de filamentos orientados (OSB), pueden utilizar árboles de la familia de los álamos, una especie común pero no estructural.
Alternativamente, también es posible fabricar bambú de diseño similar a partir de bambú; y productos celulósicos de diseño similares a partir de otros materiales que contienen lignina, tales como paja de centeno, paja de trigo, paja de arroz, tallos de cáñamo, tallos de kenaf o residuos de caña de azúcar, en cuyo caso no contienen madera real sino fibras vegetales.
Por lo tanto, los paneles de materiales compuestos de madera pueden incluir, pero no limitarse a, madera contrachapada, tableros de fibra, tableros de filamentos orientados (OSB), madera laminada o enchapada, tableros
de partículas, tableros de paneles o tableros de fibras de densidad media (MDF), tableros de fibras de alta densidad (HDF) o aislamiento de fibras de madera y celulosa.
El término "seco", como se usa en este documento en relación con una composición de la invención, o con componentes individuales de una composición de la invención, significa que el agua y otros líquidos acuosos y no acuosos no son un ingrediente o componente de la composición, pero que la composición seca puede o no incluir algo de humedad. La cantidad de humedad que puede estar presente en una composición seca de la invención es preferiblemente menor que aproximadamente 1% en peso, más preferiblemente menor que 0,5% en peso y más preferiblemente menor que aproximadamente 0,1% en peso, y lo más preferiblemente es aproximadamente 0% en peso. Una composición seca de la invención puede, por ejemplo, estar en forma de polvo, gránulos, partículas, pelets y/o similares. Las diversas formas que pueden adoptar las composiciones secas son conocidas por los expertos en la materia.
El término "acuoso", tal como se utiliza en este documento en relación con una composición de la invención, significa que la composición se ha disuelto al menos parcialmente en un disolvente, tal como agua, o que se ha producido una dispersión.
El término "composición" tal como se usa en este documento significa un producto que resulta de la combinación de más de un ingrediente.
La expresión "agente ignífugo", como se usa en el presente documento, debe entenderse como un agente que, cuando se añade a un material compuesto de madera, es capaz de proporcionar características ignífugas a dicho material. La resistencia al fuego se define por la reducción de la liberación de energía, la propagación de la llama y la velocidad a la que se propaga la llama durante un incendio.
La expresión "agente supresor de humo" debe entenderse como un agente que, cuando se añade a un material compuesto de madera, es capaz de reducir la producción de humo o la densidad del material cuando se calienta o se quema.
La expresión "formulación intumescente" debe entenderse como una formulación que, cuando se añade a un material compuesto de madera, se hincha como resultado de la exposición al calor, aumentando así su volumen. Y con ello protegiendo el material compuesto de madera y/o impidiendo una mayor propagación del fuego. Los intumescentes se utilizan normalmente en la protección pasiva contra incendios.
En un primer aspecto, la invención proporciona una composición ignífuga para su uso en paneles de materiales compuestos de madera, comprendiendo dicha composición al menos un agente ignífugo, un compuesto regulador del pH y opcionalmente un agente supresor de humo, por lo que el pH de una solución acuosa al 10% de dicha composición se encuentra entre 3,5 y 8,5, más preferiblemente entre 4,0 y 8,0.
Los inventores de la presente invención descubrieron que regulando el pH de la composición en un intervalo estrecho y predefinido mediante el uso de un compuesto regulador de pH, se obtiene una compatibilidad óptima con las resinas utilizadas durante la producción de paneles de materiales compuestos de madera. El pH de la composición se determina en una solución acuosa al 10% de la composición, lo que permite la estandarización entre todas las composiciones que cumplen con el alcance de la presente invención. El pH puede medirse mediante cualquier método adecuado conocido en la técnica. Preferiblemente, el pH se mide por potenciometría.
Dicho agente ignífugo se elige preferiblemente del grupo de los (poli)fosfatos amónicos tales como dihidrógenofosfato monoamónico (MAP), hidrógeno-fosfato diamónico (DAP, tanto técnico como fertilizante) o polifosfato amónico (de varias longitudes de cadena), fosfato de melamina, polifosfato de melamina; sulfato de amonio; cloruro amónico; sulfamato de amonio; fosfato de guanidina; hidrógeno-fosfato de guanidina; sulfamato de guanidina; carbonato de guanidina; metilen-urea, urea fosfato y fosfatos alcalinotérreos o cualquier mezcla de los mismos. Preferiblemente, la concentración total del agente ignífugo en la composición está entre 25 y 100% en peso seco de dicha composición, más preferiblemente entre 25 y 98% en peso seco de dicha composición. Por debajo de esta proporción, la composición no proporcionará suficiente protección ignífuga cuando se agregue a productos compuestos de madera.
En una realización, dicha solución acuosa al 10% de dicha composición ignífuga tiene un pH que cae entre 5,0 y 7,0 cuando la resina se elige del grupo de las urea-formaldehídos, siendo dicha resina preferiblemente melamina ureaformaldehído. En otra realización, dicha resina se elige del grupo de fenol-formaldehído, en cuyo caso la solución acuosa al 10% tiene un pH entre 6,0 y 8,0. En otra realización, la resina se elige del grupo de los isocianatos, en cuyo caso la solución acuosa al 10% de dicha composición ignífuga tiene un pH entre 4,0 y 6,0. Estos valores de pH se obtienen mediante el uso de un compuesto regulador del pH y se eligen específicamente para minimizar la influencia de la composición ignífuga sobre la funcionalidad de la resina elegida.
En una realización, dichos uno o más agentes ignífugos en la composición actúan únicamente como agentes ignífugos. En otra realización, dichos agentes ignífugos pueden tener una doble función y, por ejemplo, también pueden actuar como compuestos reguladores del pH. Este es específicamente el caso cuando se necesita una alta
concentración de compuesto regulador del pH para cumplir con el intervalo de pH deseado de la presente invención. Por lo general, cuando la concentración del compuesto regulador del pH supera la concentración total del 10% en peso seco de la composición, se tiene cuidado de elegir un compuesto regulador del pH que pueda proporcionar simultáneamente actividad ignífuga y/o supresora de humo dentro de la composición, para evitar una composición menos activa. Ejemplos de compuestos reguladores del pH con doble acción son, por ejemplo, fosfato monoamónico o diamónico. Cuando estos últimos se utilizan para regular el pH, siempre estará presente en la composición un segundo agente ignífugo.
Preferiblemente, dicho compuesto regulador del pH puede elegirse del grupo de dihidrógeno-fosfato monoamónico o hidrógeno-fosfato diamónico (tanto grado técnico como fertilizante), fosfato de guanidina, hidrógeno-fosfato de guanidina, carbonato de guanidina, sulfato de amonio o aluminio, fosfato de magnesio, fosfato de amonio y magnesio, monoetanolamina, ácido fosfórico, ácido sulfámico, fosfato mono o dicálcico, fosfatos de mono, di y trimetal alcalino, amoníaco o solución de amoníaco, melamina o cualquier mezcla de los mismos.
La cantidad del compuesto regulador del pH que necesita añadirse a la composición se determina así, de modo que el pH de la composición final, cuando está en una solución acuosa al 10%, se encuentra entre 3,5 y 8,5, más preferiblemente entre 4,0 y 8,0.
De preferencia, la concentración total de dichos compuestos reguladores del pH está entre 2 y 60% en peso seco de la composición. Como se ha mencionado, cuando la concentración total del compuesto regulador del pH supere el 10%, se optará por utilizar un compuesto regulador de pH que tenga una doble función, ya sea como agente ignífugo o como agente supresor de humo o ambos, a fin de garantizar la actividad de la composición en términos de actividad ignífuga (y supresora de humo).
La composición de la presente invención puede comprender opcionalmente un agente supresor de humos, que preferiblemente está presente en una concentración total entre 0 y 40% en peso seco de dicha composición; más preferiblemente entre 0 y 25% en peso seco de dicha composición, aún más preferiblemente en una concentración entre 1 y 20% en peso seco de dicha composición.
Dicho agente supresor de humo, cuando está presente, se elige del grupo de minerales de borato, ácido bórico o una de sus sales, tal como borato de zinc, bórax (decahidratado o pentahidratado), octaborato disódico (anhidro o tetrahidratado); fosfatos de calcio o magnesio (p. ej., fosfato monocálcico, fosfato dicálcico), fosfato de magnesio y amonio (anhidro o hidratado) e hidróxido de magnesio o un mineral del mismo, tal como brucita; o cualquier mezcla de los mismos.
Preferiblemente, los minerales de borato son ulexita, colemanita, kernita, howlita o probertita. Los inventores de la presente invención encontraron que estos minerales tienen una buena función de supresión de humo. Debido a su naturaleza natural, no presentan toxicidad o la toxicidad es muy baja, lo que los hace particularmente útiles para su uso en las composiciones ignífugas según la presente invención. Como consecuencia, estos minerales son buenas alternativas para, p. ej., supresores de humo más tóxicos tales como ácido bórico u octaborato disódico (DOT) o se pueden usar para reducir la cantidad de estos componentes cuando están presentes en las composiciones ignífugas según la presente invención.
En una realización, dicha composición comprende una formulación intumescente como agente ignífugo, donde el pH de una solución acuosa al 10% de dicha composición se encuentra entre 3,5 y 8,5, más preferiblemente entre 4,0 y 8,0.
Si bien las formulaciones intumescentes se utilizan para la protección del acero estructural y después del tratamiento de la madera natural o de paneles de madera, mediante lo cual estas formulaciones se aplican como revestimiento, la incorporación masiva de formulaciones intumescentes en la superficie y el núcleo de madera y materiales a base de celulosa ha demostrado ser un proceso difícil. Las formulaciones intumescentes a menudo muestran incompatibilidad con las resinas utilizadas en dichos paneles de madera, lo que da lugar a paneles disfuncionales. Los inventores de la presente invención encontraron ahora que regulando el pH de la composición en un intervalo estrecho y predefinido mediante el uso de compuestos reguladores del pH, se puede obtener una compatibilidad óptima con la resina utilizada durante la producción de paneles de materiales compuestos de madera. El pH de la composición se determina en una solución acuosa al 10% de la composición, lo que permite la estandarización entre todas las composiciones que cumplen con el alcance de la presente invención.
La concentración total de dicho agente ignífugo en la composición ignífuga está preferiblemente entre 25 y 100% en peso seco de dicha composición, más preferiblemente entre 25 y 98% en peso seco de dicha composición. Por debajo de esta relación, la composición no proporcionará suficiente protección ignífuga ni capacidades intumescentes cuando se añada a productos de materiales compuestos de madera.
De preferencia, dicha formulación intumescente comprende una mezcla de uno o más componentes ácidos, uno o más agentes espumosos, un compuesto regulador de pH y opcionalmente uno o más componentes carboníferos, un componente aglutinante y/o un componente ignífugo de acción ablativa. Dicha formulación sufre degradación térmica al calentarla, produciendo un residuo pluricelular, espumoso y térmicamente estable denominado carbón intumescente. La fuente de ácido es preferiblemente un ácido inorgánico y puede estar fácilmente disponible o
formarse a partir de un precursor tras el calentamiento. Los componentes carboníferos son preferiblemente compuestos polihídricos ricos en átomos de carbono. Dicho agente espumoso produce gases no inflamables que participan en la formación de un carbón intumescente expandido.
Preferiblemente la concentración de los componentes ácidos está entre 10,0 y 95,0% en peso seco de dicha formulación, más preferiblemente entre 30,0 y 75,0% en peso seco de dicha formulación, aún más preferiblemente entre 50,0 y 70,0% en peso seco de dicha formulación. La concentración de los componentes carboníferos, cuando están presentes, está preferiblemente entre 0,05 y 60,0% en peso seco de dicha formulación, más preferiblemente entre 1% y 60,0% en peso seco, más preferiblemente entre 10,0 y 50,0% en peso seco de dicha formulación, aún más preferiblemente entre 10,0 y 30,0% en peso seco de dicha formulación. La concentración de los agentes espumosos está preferiblemente entre 0,2 y 80,0% en peso seco de dicha formulación, más preferiblemente entre 0,1 y 50,0% en peso seco de dicha formulación, aún más preferiblemente entre 0,1 y 30,0% en peso seco de dicha formulación. La concentración del componente aglutinante, si está presente, está preferiblemente entre 0,2 y 40,0% en peso seco de dicha formulación, más preferiblemente entre 0,5 y 20,0% en peso seco de dicha formulación y la concentración del componente ignífugo de acción ablativa, si está presente, está preferiblemente entre 0,2 y 20,0% en peso seco de dicha formulación, más preferiblemente entre 0,5 y 10,0% en peso seco de dicha formulación. Fuera de estos intervalos, la composición no proporcionará suficiente protección ignífuga cuando se agregue a productos de materiales compuestos de madera. Además, fuera de estos intervalos la actividad intumescente de la formulación será subóptima.
En una realización preferida, la formulación intumescente utilizada en el marco de la presente invención estará compuesta por:
- entre 10,0 a 95,0% de componentes ácidos en peso seco de la formulación,
- entre 0,05% a 60,0% de componentes carboníferos en peso seco de la formulación,
- entre 0,2 a 80,0% de componentes espumosos en peso seco de la formulación,
- opcionalmente entre 0,2 y 40,0% de componente aglutinante en peso seco de la formulación, y
- opcionalmente, entre 0,2 y 20,0% de componente ignífugo de acción ablativa en peso seco de la formulación. En una realización, dichos componentes ácidos se eligen del grupo de ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico, dihidrógeno-fosfato monoamónico, hidrógeno-fosfato diamónico, polifosfato amónico, sulfato amónico, haluros amónicos, urea fosfato, guanil urea fosfato, carbonato de guanidina, melamina fosfato, polifosfato de melamina, cianurato de melamina, fosfato de pentaeritritol, fosfato de guanidina y otros fosfatos de amina y amida.
En una realización adicional u otra, dichos componentes carboníferos se eligen del grupo de glucosa, arabinosa y otros monosacáridos, lactosa, maltosa y otros disacáridos, almidón, celulosa, dextrina y otros polisacáridos, sorbitol, eritritol, pentaeritritol, dipentaeritritol, tripentaeritritol, otros alcoholes polihídricos y otras sustancias susceptibles de deshidratación o desaminación.
En una realización adicional u otra, dichos agentes espumantes se eligen del grupo de melamina, cianurato de melamina, fosfato de melamina, polifosfato de melamina y otros compuestos a base de melamina, fosfato de guanidina, sulfato de guanidina, carbonato de guanidina y otras sales de guanidina.
Como aglutinante en dicha formulación, es posible una dispersión polimérica de acrilato, estireno-acrilato, acetato de vinilo, acetato de vinilo-etileno, poliviniléteres y poliuretanos. También pueden estar implicados en dicha formulación agentes ignífugos de acción ablativa tales como hidróxido de aluminio, oxihidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, colemanita o ulexita. La eficacia de la formulación intumescente puede incrementarse por los efectos sinérgicos que tienen lugar entre los diferentes componentes. Otros aditivos, como el dióxido de titanio, pueden modificar la estructura del carbón intumescente, proporcionando una mejor capacidad ignífuga.
Preferiblemente, dicha solución acuosa al 10% de dicha composición ignífuga tiene un pH que cae entre 5,0 y 7,0 cuando la resina se elige del grupo de las urea-formaldehídos, siendo dicha resina preferiblemente melamina ureaformaldehído. En otra realización, dicha resina se elige del grupo de fenol-formaldehído, en cuyo caso la solución acuosa al 10% tiene un pH entre 6,0 y 8,0. En otra realización, la resina se elige del grupo de los isocianatos, en cuyo caso la solución acuosa al 10% de dicha composición ignífuga tiene un pH entre 4,0 y 6,0. Estos valores de pH se obtienen mediante el uso de un compuesto regulador del pH y se eligen específicamente para minimizar la influencia de la composición ignífuga sobre la funcionalidad de la resina elegida.
En una realización, dichos uno o más componentes ácidos, componentes carboníferos y componentes espumosos solo realizan una única función. En otra realización, dichos componentes pueden tener una función dual y, por ejemplo, también pueden actuar como compuestos reguladores del pH. Este es específicamente el caso cuando se necesita una alta concentración de compuesto regulador del pH para cumplir con el intervalo de pH deseado de la presente invención. Por lo general, cuando la concentración del compuesto regulador del pH supera una concentración total del 10% en peso seco de la composición, se tiene cuidado de elegir un compuesto regulador del
pH que pueda actuar simultáneamente como componente ácido, componente carbonífero o componente espumoso. para evitar una composición menos activa. Ejemplos de compuestos reguladores del pH con doble acción son, por ejemplo, fosfato monoamónico o diamónico.
Preferiblemente, dicho compuesto regulador del pH puede elegirse del grupo de dihidrógeno-fosfato monoamónico o hidrógeno-fosfato diamónico (tanto grado técnico como fertilizante), fosfato de guanidina, hidrógeno-fosfato de guanidina, sulfato de amonio o aluminio, fosfato de magnesio, fosfato de magnesio y amonio (anhidro o hidrato), monoetanolamina, ácido fosfórico, ácido sulfámico, fosfato mono o dicálcico, fosfatos de mono, di, trimetal alcalino, amoníaco o solución de amoníaco, melamina o cualquier mezcla de los mismos.
La cantidad del compuesto regulador del pH que debe añadirse a la composición se determina así, de modo que el pH de la composición final, cuando está en una solución acuosa al 10%, se encuentra entre 3,5 y 8,5, más preferiblemente entre 4,0 y 8,0.
De preferencia, la concentración total de dichos compuestos reguladores del pH está entre 2 y 60% en peso seco de la composición. Como se mencionó, cuando la concentración total del compuesto regulador de pH supere el 10%, se optará por utilizar un compuesto regulador de pH que tenga una doble función en la formulación intumescente. Las composiciones descritas anteriormente son una materia seca en partículas, tal como polvo, partículas sólidas molidas, pulverizadas o finamente dispersas de otro modo, ya sea que no estén comprimidas (es decir, en forma suelta) o comprimidas juntas para producir una estructura sólida, tal como una estructura sólida en forma de pastilla, polvo, pelet, barra o similar.
De preferencia, para los polvos, al menos el 90% de las partículas presentes en las composiciones tendrán un tamaño de partícula inferior a 200 pm. En otra o más realizaciones, al menos el 90% de las partículas presentes en las composiciones cuando están en una formulación seca tendrán un tamaño de partícula inferior a 60 pm. Más preferiblemente, al menos el 70% de las partículas tendrán un tamaño de partícula inferior a 40 pm.
Los métodos para determinar el tamaño de partícula son conocidos en la técnica. Un método particularmente adecuado es la difracción láser.
Las composiciones pueden estar igualmente en forma líquida, tal como una dispersión o suspensión, una solución, una emulsión o una suspensión espesa. Preferiblemente, se usa agua como disolvente.
Dicho líquido se puede obtener mediante el uso de una composición de materia seca en partículas según la presente invención y produciendo así una solución, dispersión o suspensión espesa acuosa. Esto podría hacerse, por ejemplo, en el sitio de producción del panel de material compuesto de madera, justo antes de agregar la composición a la línea de producción. Otra posibilidad es la producción lista para usar de una dispersión de acuerdo con una realización de la presente invención, por medio de uno o más depósitos provistos de un dispositivo de mezclado adecuado para hacer una dispersión. Los constituyentes de las composiciones según la presente invención se añaden a un depósito de mezcla con adición de agua, después de lo cual se prepara una solución o dispersión acuosa.
Cuando se usan como una dispersión, las composiciones según la presente invención pueden comprender además un espesante y/o un regulador de la viscosidad y/o un agente humectante. Dicho espesante puede ser un espesante orgánico o inorgáni
orgánicos adecuados incluyen materiales celulósicos y gomas tales como goma de xantano. Si se logran dispersiones muy finas, espesantes inorgánicos tales como, pero no limitados a, espesantes de arcilla, tales como espesantes de bentonita o sepiolita, son adecuados para la presente invención. La adición de estos compuestos evita la sedimentación de partículas en las dispersiones según la presente invención, ayudando así a prolongar la vida útil de las composiciones.
Las composiciones según la presente invención pueden comprender además un compuesto de detección y/o un compuesto antimicrobiano o antifúngico.
Dicho compuesto de detección puede entenderse como un trazador, en una cantidad suficiente para permitir la determinación mediante uno o más procesos de detección antes o después de que un material haya sido expuesto a llamas o fuego (u otro sistema de combustión), de si una composición de la invención se había aplicado al material antes de que el material se expusiera a la llama o al fuego (u otro sistema de combustión), y en caso afirmativo, de si la composición se había aplicado al material correctamente.
Un compuesto antimicrobiano y/o antifúngico puede entenderse como cualquier sustancia que pueda inhibir el crecimiento de microorganismos tales como bacterias u hongos en los paneles de materiales compuestos de madera cuando se tratan con el compuesto de acuerdo con la presente invención.
En un segundo aspecto, la invención proporciona un uso de dicha composición ignífuga según una de las realizaciones descritas anteriormente en paneles de materiales compuestos de madera, mediante lo cual dicha composición ignífuga y su pH se eligen específicamente en función de la resina que se utiliza en el panel de material
compuesto de madera. Cuando se usan como una dispersión, las composiciones se pueden usar tal cual. En el caso de que las composiciones comprendan un polvo, se diluyen preferiblemente en agua según una relación entre 40/60 y 70/30, preferiblemente entre 50/50 y 60/40. Las composiciones se mezclan con o se pulverizan sobre material que contiene celulosa, preferiblemente antes de que dicho material que contiene celulosa sea presionado sobre un panel en presencia de una resina.
La invención también proporciona un método para la producción de paneles de materiales compuestos de madera que comprende una composición ignífuga según una de las realizaciones descritas anteriormente y una resina, en el que dicha resina se elige del grupo de melamina-urea-formaldehídos, fenol-formaldehídos o isocianatos y donde dicha composición ignífuga comprende al menos un agente ignífugo o una formulación intumescente, donde el pH de una solución acuosa al 10% de dicha composición se encuentra entre 3,5 y 8,5, más preferiblemente entre 4,0 y 8,0.
Dicho método para la producción de dichos tableros de paneles de materiales compuestos comprende las siguientes etapas: la trituración de madera en tiras de madera y/o el astillado de madera en astillas de madera más pequeñas, la adición de dicha composición ignífuga y dicha resina a dichas tiras o astillas de madera, preferiblemente rociando la composición ignífuga y la resina sobre las tiras o astillas de madera, la orientación de dichas tiras o astillas de madera sobre una cinta o una chapa de alambre en una estera, la subsiguiente compresión térmica de esta estera, dando como resultado un panel comprimido, finalmente cortando este panel comprimido al tamaño de panel deseado.
En una realización, la producción de tableros de paneles de materiales compuestos de madera comprende el uso de melamina urea-formaldehído (MUF) o urea-formaldehído (UF) como resina, en este caso el pH de una solución acuosa al 10% de la composición de acuerdo con una de las realizaciones antes mencionadas está preferiblemente entre 5,0 y 7,0. En otra realización, preferiblemente cuando una formulación intumescente se utiliza como agente ignífugo, la resina se elige del grupo de fenol-formaldehído, en cuyo caso la solución acuosa al 10% de dicha composición ignífuga tiene un pH entre 6,0 y 8,0. En otra realización, la producción de tableros de paneles de materiales compuestos de madera comprende el uso de un isocianato polimérico o prepolímero de isocianato como resina. En este caso, el pH de una solución acuosa al 10% de la composición según una de las realizaciones antes mencionadas está preferiblemente entre 4,0 y 6,0, tal como, p. ej., 4,6 o 5,0.
En una realización, el método proporciona un panel de material compuesto de madera, que comprende una composición ignífuga y una resina, donde dicha composición ignífuga comprende al menos un agente ignífugo, un compuesto regulador del pH y, opcionalmente, un agente supresor de humo, por lo que el pH de una solución acuosa al 10% de dicha composición se encuentra entre 3,5 y 8,5, más preferiblemente entre 4,0 y 8,0, dependiendo de la resina elegida. Preferiblemente, dichos paneles producidos por adición de una composición según la presente invención son tableros de fibra de densidad media (MDF), HDF, tableros de filamentos orientados (OSB), tableros de partículas o productos aislantes de fibra de madera y celulosa. Como consecuencia, la presente invención se refiere igualmente a un método para producir dichos paneles con la composición ignífuga que se describe en este documento.
Ejemplos
La invención se explica adicionalmente mediante ejemplos que no deben verse como limitativos del alcance de la presente invención.
Composición ignífuga específicamente adecuada para su uso en tableros de partículas
- MAP (dihidrógeno-fosfato monoamónico) 83%
- DAP (hidrógeno-fosfato diamónico) 2,0%
- Sulfato de amonio 5,0%
- MCP (fosfato monocálcico) 5%
- DCP (fosfato dicálcico) 2,5%
- Ulexita (borato de sodio y calcio) 2,5%
El pH de una solución al 10% de la composición es 4,5.
Composición ignífuga específicamente adecuada para su uso en MDF
- MAP (dihidrógeno-fosfato monoamónico) 42,5%
- DAP (hidrógeno-fosfato diamonio) 30,0%
- Fosfato de guanidina 12,5%
- MGP (hidrógeno-fosfato de magnesio) 10%
- Colemanita (borato de calcio) 5%
El pH de una solución al 10% de la composición es 6,2.
Composición ignífuga intumescente específicamente apta para su uso en OSB
- Polifosfato amónico 75,0%
- Dihidrógeno-fosfato de amonio 5,0%
- Melamina 8,0%
- Fosfato de melamina 2%
- Dispersión de acetato de vinilo/acrilato 10%
El pH de una solución al 10% de la composición es 5,0.
Composición ignífuga intumescente específicamente adecuada para el aislamiento de fibras de madera - Dihidrógeno-fosfato monoamónico 75%
- Melamina 15%
- Pentaeritritol 5,0%
- Dióxido de titanio 5,0%
El pH de una solución al 10% de la composición es 4,5
Composición ignífuga intumescente específicamente adecuada para su uso en madera contrachapada - Fosfato de guanidina 78,0%
- Ácido fosfórico 12,5%
- Octaborato disódico tetrahidratado 9,5%
El pH de una solución al 10% de la composición es 6,0.
Claims (14)
1. Una composición ignífuga para uso en paneles de materiales compuestos de madera, en donde dichos paneles de materiales compuestos de madera comprenden una resina elegida del grupo de urea-formaldehídos, isocianatos y fenol-formaldehídos,
en donde dicha composición comprende
- al menos un agente ignífugo elegido del grupo de los (poli)fosfatos de amonio tales como dihidrógeno-fosfato monoamónico (MAP), hidrógeno-fosfato de diamonio (DAP, tanto grado técnico como fertilizante), polifosfato de amonio, fosfato de melamina o polifosfato de melamina; sulfato de amonio; cloruro amónico; sulfamato de amonio; fosfato de guanidina; hidrógeno-fosfato de guanidina; sulfamato de guanidina; carbonato de guanidina; metilen-urea, urea fosfato y fosfatos alcalinotérreos o cualquier mezcla de los mismos, donde la concentración total de dicho agente ignífugo en la composición está entre 25 y 100% en peso seco de dicha composición; o una formulación intumescente como agente ignífugo;
- opcionalmente al menos un agente supresor de humo, donde la concentración total de agentes supresores de humo está entre 0 y 25% en peso seco de dicha composición; y
- un compuesto regulador del pH,
caracterizada por que el pH de una solución acuosa al 10% de dicha composición
- se encuentra entre 5,0 y 7,0 cuando dicha resina se elige del grupo de las urea-formaldehídos,
- se encuentra entre 4,0 y 6,0 cuando dicha resina se elige del grupo de los isocianatos, y
- se encuentra entre 6,0 y 8,0 cuando dicha resina se elige del grupo de los fenol-formaldehídos.
2. Composición ignífuga según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha composición comprende una formulación intumescente, en la que dicha formulación intumescente comprende uno o más componentes ácidos y uno o más agentes espumosos y en la que la concentración de los componentes ácidos en dicha formulación intumescente está entre 10,0 y 95,0% en peso seco de dicha formulación, y la concentración de los agentes espumosos está entre 0,2 y 80,0% en peso seco de dicha formulación.
3. Composición ignífuga según la reivindicación 2, caracterizada porque dichos componentes ácidos se eligen del grupo de ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico, dihidrógeno-fosfato monoamónico, hidrógeno-fosfato diamónico, polifosfato amónico, sulfato amónico, haluros amónicos, urea fosfato, guanil urea fosfato, carbonato de guanidina, fosfato de melamina, polifosfato de melamina, cianurato de melamina, fosfato de pentaeritritol, fosfato de guanidina y otros fosfatos de amina y amida.
4. Composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2-3, caracterizada porque dicha formulación intumescente comprende uno o más componentes carboníferos que se eligen del grupo de glucosa, arabinosa y otros monosacáridos, lactosa, maltosa y otros disacáridos, almidón, celulosa, dextrina y otros polisacáridos, sorbitol, eritritol, pentaeritritol, dipentaeritritol, tripentaeritritol, otros alcoholes polihídricos y otras sustancias susceptibles de deshidratación o desaminación, dichos componentes carboníferos están presentes en una concentración entre 0,05 y 60,0% en peso seco de dicha formulación.
5. Composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2-4, caracterizada porque dichos agentes espumosos se eligen del grupo de la melamina, cianurato de melamina, fosfato de melamina, polifosfato de melamina y otros compuestos a base de melamina, fosfato de guanidina, sulfato de guanidina, carbonato de guanidina y otras sales de guanidina.
6. Composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2-5, caracterizada porque dicha formulación intumescente comprende un componente aglutinante elegido del grupo de acrilato, estireno-acrilato, acetato de vinilo, acetato de vinilo-etileno, poliviniléteres y poliuretanos.
7. Composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2-6, caracterizada porque dicha formulación intumescente comprende un componente ignífugo de acción ablativa elegido del grupo de hidróxido de aluminio, oxihidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, dióxido de titanio, colemanita, ulexita y otras sustancias de acción ablativa.
8. Composición ignífuga según la reivindicación 1, en la que dicho agente supresor de humo, cuando está presente, se elige del grupo de minerales de borato, ácido bórico o una sal del mismo, fosfatos de calcio o magnesio e hidróxido de magnesio o uno de sus minerales.
9. Composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizada porque dicho compuesto regulador del pH se elige del grupo de dihidrógeno-fosfato monoamónico o hidrógeno-fosfato diamónico (tanto grado técnico como fertilizante), fosfato de guanidina, hidrógeno-fosfato de guanidina, carbonato de guanidina, sulfato de
amonio o aluminio, fosfato de magnesio, fosfato amónico magnésico, monoetanolamina, ácido fosfórico, ácido sulfámico, fosfato de magnesio, fosfato mono o dicálcico, fosfatos mono, di y trialcalinos, amoníaco o solución de amoníaco, melamina o cualquier mezcla de los mismos.
10. Composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque dicho compuesto regulador del pH actúa igualmente como agente ignífugo y se elige del grupo de los (poli)fosfatos de amonio y sulfato de amonio.
11. Composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizada porque la concentración total de dichos compuestos reguladores del pH está entre 2 y 60%.
12. Uso de una composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-11, en paneles de materiales compuestos de madera, por el que dicha composición se mezcla con o se pulveriza sobre un material que comprende celulosa, preferiblemente antes de que dicho material que comprende celulosa sea presionado contra un panel en presencia de una resina.
13. Un método para la producción de paneles de materiales compuestos de madera que comprenden una composición ignífuga según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porque dicha composición ignífuga se añade a las tiras, astillas o partículas que comprenden celulosa, preferiblemente mediante pulverización o mezcla y en donde dicha resina se elige del grupo de urea-formaldehídos, isocianatos o fenol-formaldehídos.
14. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho panel de material compuesto de madera es un tablero de fibras de densidad media (MDF), HDF, un tablero de filamentos orientados (OSB) o un tablero de partículas o panel.
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