Desarrollo de Formulaciones ignifugas para la madera

 Parte 1ª

Angel Lanchas 1    Por Angel lanchas Hervalejo

 

Introducción

El objeto de este estudio es poner en practica unos conocimientos adquiridos a lo largo del tiempo para poder llegar a desarrollar unas formulaciones ignifugas para la madera con el fin de poder explotar sus resultados. Dicho estudio pretende  mejorar el comportamiento ignifugo de la madera mediante la aplicación de retardantes reactivos al fuego por sistemas de aplicación superficial y por  impregnación en baños de agotamiento. El estudio analizará  la madera de Ayous mejorando sus prestaciones de reacción al fuego.

En la composición del protector que queremos desarrollar se encuentran los siguientes componentes:

  • Solvente: Agente que sirve como vehículo para introducir las materias activas ignifugantes en la madera, una vez disueltas en el. En nuestro caso es el agua.
  • Materias activas: Elementos químicos que darán ciertas propiedades en función a la aplicación que vayan a ser expuestas.
  • Coadyuvantes: productos químicos que refuerzan la acción de los principios activos aumentando la efectividad del producto ignifugante.

El fuego y la madera

Cuando se evalúa la madera y su comportamiento frente a su reacción al fuego, primero se debe saber que esta, es muy importante, pues nos da un índice potencial de la capacidad del material para favorecer el desarrollo del fuego. Es decir, la reacción al fuego es el alimento que un material puede aportar al incendio iniciado y al desarrollo del mismo. Por lo tanto, se debe decir que esta será mala al hablar de un material combustible e inflamable.

Para paliar el problema de la reacción al fuego de la madera, se han realizado distintos tratamientos de retardancia al fuego, que se basan en distintas teorías:

  1. Hay productos, que al fundir a baja temperatura, rellenan los poros del material inflamable, impidiendo así la salida de los gases inflamables.
  1. Otros forman espumas/ barreras, impidiendo la salida de gases inflamables.
  1. Algunos productos retardantes al fuego, emiten bajo la acción del fuego gases no inflamables, que al unirse con los inflamables y rebajar la proporción en el aire, retardan la velocidad de inflamación.
  1. Otros actúan directamente sobre el proceso de combustión, rompiendo reacciones que en ella se dan.
  1. El agua que contiene un material, absorbe calor de la atmósfera o del agua cristalizada del propio producto. Mientras, la temperatura del material inflamable/ combustible se mantiene constante, retardando así el fuego. La conclusión es, que cuanto mayor se la cantidad de agua que puedan absorber esos productos ignífugos, más se retrasará la emisión de gases combustibles de la madera. La ignifugación aprovecha este efecto para humedecer el material combustible.
  1. Las sales inorgánicas, forman con la madera un compuesto orgánico más estable. La combinación entre productos, generará la reducción de la incandescencia de la madera y, por lo tanto, se disminuirá la cuantía de gases inflamables.

Con estas teorías, su fundamento radica en destruir de alguna forma el vinculo existente en el triangulo del fuego (calor/oxígeno/combustible).

A la hora de evaluar la reacción al fuego de la madera, se debe tener en cuenta que depende de variables, tales como:

  • Espesor de la muestra.
  • El contenido de la humedad de la madera.
  • El tipo de especie a tratar

Búsqueda de productos ignifugantes

Después de un estudio bibliográfico basado en libros, revista, patentes, Internet, etc, se ha analizado toda la documentación existente y se ha realizado una selección de los compuestos ignifugantes más importantes y con mejores referencias existentes.

La relación de compuestos de los que partimos para iniciar el estudio es la siguiente:

 

NOMBRE COMUN
1 Polifosfato amónico
2 Pirofosfato de amonio
3 Fosfatos mono y di amónicos
4 Cianurato de melamina
5 Esteres del ácido fosfórico
6 Sulfato amónico
7 Monofosfato amónico
8 Acido fosfórico
9 Zinc cloruro activo
10 Zinc cloruro anhidro
11 Parafina clorada
12 Sulfito / fosfito dibasico
13 Hidroxiestanato de zinc
14 Fosfato de trietilo
15 Antimonio pentoxido en polvo
16 Antimonio pentoxido coloide
17 Fosfito dibasico de plomo
18 Fosfato de tricloro de propilo
19 Tris (2-cloroisopropilo) fosfato
20 Dimetil metil fosfonato
21 Amino metil fosfonato de dietilo
22 Oligomero de fosfato y fosfanatos alifáticos
23 Fosfato de tri (1-3 dicloro propilo)
24 Ester fosfórico oligomerico clorado
25 Fosfatos oligomericos aromatados
26 Oxido de antimonio
27 Trietil cloro fosfato
28 Alúmina hidratada
29 Compuestos brominados
30 Zinc borato
31 Dicianamida
32 Estearato dibasico de plomo
33 Fosfato tridosico 1-2 hidratado
34 Acido borico
35 Melamina
36 Silicato sódico
37 Hidroxido de aluminio
38 Fosfato

 

Selección de las Materias primas ignifugantes

Partiendo de la selección previa de los compuestos ignifugantes obtenida en la bibliografía, es necesario hacer otra selección previa teniendo en cuenta unas premisas que se rigen a la hora de seleccionar estos compuestos ignifugantes, y que son:

  1. Aceleración de la pirolisis de la madera
  2. Reducción de la cantidad de volátiles
  3. Incremento de la cantidad de carbón residual
  4. Hidrólisis de la madera
  5. Agente controlador de la llama
  6. Supresor de la combustión interna de la madera
  7. Reducción de la propagación de la llama
  8. No propagación de la llama superficial.

Una vez analizados los compuestos y tenido en cuenta estas premisas, los productos seleccionados para continuar la realización de este estudio han sido:

  NOMBRE COMUN
1 Polifosfato amónico
2. Pirofosfato de amonio
3. Fosfatos mono y diamonicos
4. Sulfato amónico
5. Monofosfato amónico
6. Acido fosfórico
7. Fosfato de trietilo
8. Fosfato trisodico 1-2 hidrato
9. Dimetil metil fosfanato
10. Persulfato potásico
11. Bisulfato sódico
12. Persulfato amónico
13. Tiosulfato sódico
14. Hiposulfito sódico
15. Metasulfito sódico
16. Acido bórico
17. Amonio dihidrogenofosfato
18. Hexametafosfato sódico
19. Sodio di-hidrogeno fosfato 1 – hidrato
20. Borax (tetraborato sódico decahidratado)
21. Perborato sódico
22. Hidrosulfito sódico
23. Silicato de sodio
24. Amido sulfanato amonico

 

Definición preliminar de los tratamientos de ignifugación

En este apartado vamos a definir el tipo de tratamiento ignifugante que se va a realizar para la selección preliminar de los compuestos enumerados anteriormente.

Después de una serie de ensayos preliminares para ver cual podría ser el tratamiento adecuado se decide analizar las siguientes variables:

  • Concentración del compuesto ignifugante: 10, 20 y 30 %
  • Temperatura del baño: 50, 60 y 70 ºC
  • Tiempo de tratamiento: 1, 2, 4, 6 y 8 horas
  • Relación de baño: analizar el peso de madera por cantidad de agua
  • Agitación de baño: variando el regulador, bajo, medio y alto

Una vez analizadas estas variables con diferentes compuestos se ha  establecido que el proceso de tratamiento que se va a emplear en todo el estudio para el sistema de baño abierto va a ser:

  1. Temperatura de baño: 70ºC
  2. Tiempo de tratamiento : 2 horas
  3. Agitación de baño: alto
  4. Relación baño madera/ignifugante: 1/10
  5. Secado en estufa con ventilación con aire caliente: a 40-50ºC durante 2-3 dias hasta obtener un 12% de humedad de equilibrio de la madera

La concentración de los compuestos ignifugantes se estudiara en otro apartado posterior

 

Equipo de laboratorio para el análisis de la efectividad del tratamiento

Se va a emplear un ensayo denominado de llama única, consistente en exponer el producto tratado a una pequeña llama según la norma  UNE –EN ISO 11.925-2  “ Inflamabilidad de los productos de construcción cuando se someten a la acción directa de la llama”.

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Ensayo preliminar de los compuestos ignifugantes seleccionados

El ensayo realizado ha consistido en incidir la llama en la madera tratada durante 4 minutos con el fin de medir las siguientes variables:

  • Tiempo de inflamación
  • Tiempo de ignición

En estos ensayos preliminares se parte de tres tipos de probetas:

1º  Probetas de madera sin tratar

probetas sin tratar

2º  Probetas suministradas por una empresa con tratamiento en Inglaterra

probetas españolas

3º  Probetas suministradas por una empresa con tratamiento en España

Probetas inglaterra

A continuación se muestran las fotografías de los resultados después de efectuar el ensayo de llama única.

1º                                                                                     2º                                                                                     3º

probeta quemadas sin tratar            probetas quemadas inglaterra         probetas quemadas españolas

Se puede observar que en estos resultados preliminares las probetas sin tratamiento arden con mucha facilidad y sin embargo las probetas con un tratamiento, la madera ofrece una resistencia interesante frente al fuego.

El articulo continua en la 2ª parte

 

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