Desarrollo de Formulaciones ignífugas para la madera

4ª Parte

Angel Lanchas 1    Angel Lanchas Hervalejo

En esta parte del estudio se van a tratar temas relacionados con los materiales auxiliares para incorporar a la formula asi como las características y prestaciones de las impregnaciones sobre las solideces frente a agentes externos.

Estudio de materiales auxiliares en la impregnación.

En la mayoría de los tratamientos de fibras naturales y celulosicas, se emplean compuestos auxiliares para facilitar el tratammatraz aforadoiento, mejorar las prestaciones de los compuestos importantes y facilitar su penetración.

En el proyecto que nos ocupa vamos a analizar solamente los agentes humectantes y las resinas de acompañamiento a los principios activos ignifugantes.

Descartamos en este proyecto los agentes de lavado-desengrase previo al tratamiento de la madera, y los mordientes-fijadores  que serán sustituidos por las resinas.

Agentes humectante.

La mejora del poder de mojado de un liquido por los agentes tensoactivos , es decir, el aumento de la facultad de extensión del liquido sobre un substrato dado, o de su poder de penetración en los poros, es una característica que depende esencialmente de las propiedades superficiales.

Analizando lo mas comúnmente utilizados que son los tensoactivos no iónicos emulsionantes o humectantes, vemos que son útiles para facilitar tanto la difusión de los productos ignifugantes en la madera, hacer mas mojante la solución, facilitar el contacto con las zonas grasas de la madera con los productos ignifugantes , y facilitar el ataque a la celulosa de la madera.

Se han analizado los humectantes de la empresa AUXICOLOR recomendados por ellos para tratar fibras celulosicas. Estos son  humectantes aniónico que no producen espuma y están recomendados para fibras celulosicas.

AUXIWET PS/22

AUXIWET PS/33

 AUXIWET PS/44

Después de analizar los productos vemos que para este proyecto es interesante el AUXIWET PS/22 empleándolo al 0,3 %

Resinas.

Se han realizado pruebas con  4 resinas, en la que en un principio se descartaron 2 resinas o fijadores por la no solubilidad en H2O . Estas dos resinas, de la empresa Synthesia Española,s.a.,  eran incompatibles en la formulación generada entre sales/ resina /agua .

Son estas:

  1. Accuacril 2009
  2. Accuacril 2026

Las otras 2 resinas enviadas ( Craymul 2326, y  LV-317 ), son pertenecientes a distintas empresas. Mediante la siguiente tabla, se especifica la empresa productora de cada producto:

 

Nombre(empresa) Nombre(producto)
CRAY VALLEY Craymul 2326
ERCROS DISPERSIONEN LV-317

 

La resina empleada en estos ensayos es la que corresponde a la empresa Cray Valley, debido a que la temperatura mínima para crear un film con calor(MFFT), son similares de los dos primeros productos.

Las maderas han sido tratadas con el ignifugante Hiposulfito Sódico al 10% con una clasificación de M4,  y se quiere hacer una comparativa respecto a la clasificación del material rígido frente a la reacción al fuego, en función del tratamiento empleado y con un 5% de resina.

Para comprobar la efectividad de la resina empleada, se le añade a dicha disolución un 5% de la resina objeto de estudio. Una vez preparado la disolución, se procede a seguir todos los pasos establecidos de cada tratamiento mediante la siguiente tabla , se observa la efectividad o no de la resina empleada, comparándolo con el tratamiento dado en su día sin resina:

Producto Tratamiento Clasificación
Hiposulfito sódico(10%) +Craymul 2326(2%) Baño abierto M3
Hiposulfito sódico(10%) +Craymul 2326(2%) Baño cerrado (autoclave) M3
Hiposulfito sódico(10%) Baño abierto M4
Hiposulfito sodico(10%) Baño cerrado(autoclave) M4

Observando el cuadro anterior podemos deducir que las resinas producen una ligera mejoría en la clasificación.

Para este estudio se ha elegido la resina Craymul 2326  al 1,5 %

Una vez llegados a este punto y para finalizar el estudio, a continuación se indican 2 formulaciones orientativas en función de los resultados obtenidos.

FORMULACIONES FINALES

COMPUESTO QUIMICO ( al 10% ) Porcentaje en peso % Porcentaje en peso %
Monofosfato amónico   (NH4)2HPO4 50 60
Sulfato amónico            (NH4)2SO4 38 28
Acido bórico                    H3BO3 5
Acido fosfórico              H3PO4 5 5
Borax                             Na2B4O7 5
Craymul 2326 1,5 1,5
AUXIWET PS/22 0,3 0,3
Colorante amarillo 0,2 0,2
TOTAL 100 100

 

NOTA: La formulación esta indicada a un 10% en peso en disolución acuosa ( 90% de agua y 10% en peso de los compuestos indicados en la tabla anterior).

Características y prestaciones de las impregnaciones.

Una vez definidas las formulaciones como consecuencia del estudio realizado, se procede a continuación a realizar un trabajo sobre las prestaciones de los tratamiento frente a:

  1. Solideces
  2. Exudaciones
  3. Compatibilidades
  4. Tacto en la superficie

1.- Solideces.

Las características de solidez que se deben exigir a los productos ignifugantes de interiores inherentes a los procesos de impregnación empleados serán los siguientes:

.-  Solidez al radiación UV

.-  Solidez a la climatología

Debido al poco tiempo que se ha dispuesto para la realización de este estudio, se ha procedido a efectuar un pequeño estudio sobre las solideces y las exudaciones.

Los ensayos efectuados han sido:

Una vez realizados los ciclos de humedad y secado, se procede a llevar las piezas tratadas con monofosfato amónico y sulfato amónico, barnizados con el poliuretano y la nitrocelulosa, y con distintos porcentajes de resina a una cámara de radiación UV, para someterlas a un ciclo de envejecimiento.

Estas son las condiciones del ciclo de envejecimiento:

Radiación UV

t = 5 días

En este estudio, las conclusiones más generales son:

Por la exposición al calor de la radiación incidente, la zona no barnizada, al evaporarse el agua de la estructura interna de la madera arrastra muy ligeramente las sales a la superficie de la madera, ver foto abajo.

2

 

Por el calor de la radiación, la madera también toma un color mas oscuro, ver foto.

1

2.- Exudaciones

Comparativa de las exudaciones a la superficie en función del % de resina y el barniz empleado

Se ha realizado un estudio de los principales productos químicos base en la formulación, el monofosfato amónico y sulfato amónico(MFA y SFAM),tratadas al 10% en el tratamiento de baño cerrado(autoclave), combinando con distintos porcentajes de resina Craymul 2326(sin resina – 2% de resina y 5% de resina) para evaluar si se fijan o no las sales.

Si no se fijan las sales, se ve la exudación o eflorescencia de estas en la superficie.

Se han utilizado tres tipos de barnices para ver estas exudaciones.

  1. barniz nitrocelulósico
  2. barniz urea
  3. barniz poliuretano

Todas las probetas preparadas, se han introducido en una cámara de humedad-sequedad en las siguientes condiciones:

Humedad Relativa(aire):99%

Temperatura: 60ºC

tiempo: 2 semanas

Todo ello, se ha evaluado en función de las variables siguientes:

  1. exudación de las sales a la superficie.
  2. compatibilidad de los constituyentes de la formulación
  3. tacto o rugosidad de la superficie de la madera

Exudación de las sales a la superficie

Del estudio de  dichas probetas sometidas a la  cámara de humedad-sequedad,  las conclusiones más concluyentes son las siguientes:

  1. En las probetas tratadas, bien con el monofosfato amónico bien con el sulfato amónico,  sin barniz y para todas las combinaciones posibles con el % de resina, no se ha visualizado ningún indicio de migración de sales a la superficie
  2. Los dos compuestos básicos, combinados con el barniz UREA en todas las combinaciones posibles con la resina, se descarta este barniz por la presencia en gran medida de sales en la superficie de la madera.
  3. Las lamas tratadas con los dos compuestos(monofosfato amónico y sulfato amónico), bien tratados con los barnices de nitrocelulósico y de poliuretano, no se ven  ningún problema de  migración a la superficie de la madera.

3.- Compatibilidad de los constituyentes de la formulación(sales /resina /barniz)

Para evaluar dicho punto, se analizara sobretodo, bien por el acabado que se aprecia en la superficie . Estos son las conclusiones correspondientes a dicho apartado:

  1. Con el barniz de UREA, en todas sus combinaciones posibles, se llega  a la conclusión  de que el uso de dicho barniz es incompatible con dichos compuestos básicos.
  2. En cambio, con las otras dos barnices, como son el barniz NITROCELULOSICO y el barniz de POLIURETANO, el acabado observado en todas sus combinaciones es bueno.

4.- Tacto de la superficie de la madera

En este punto se evaluara mediante el tacto manual la rugosidad de la superficie de la madera. Estas son las conclusiones a  los que se llegan:

  1. Con  el barniz UREA, todas las sales se ven en la superficie, por lo tanto, se aprecia una capa salina en la capa superior de la madera.
  2. Con las otras dos barnices, el NITROCELULOSICO y POLIURETANO, estas son las conclusiones a los que se llegan:
    • Cuanto mayor es el porcentaje de resina, para las dos barnices, el tacto es mas rugoso que sin resina
    • En general, para los dos compuestos básicos tratados, como son el monofosfato amónico y el sulfato amónico, el tacto es mas rugoso con el barniz de nitrocelulósico que el poliuretano

Como resultado final de este estudio, se recomienda el uso de dichos productos:

Resina: Craymul 2326 al 1,5%

Barniz: poliuretano

Fotografías (después del ensayo)

                                                           Madera  tratada con monofosfato amónico al 10% y barnizado con Urea

3

 Madera  tratada con sulfato amónico al 10% y barnizado con Poliuretano

4

 

Madera  tratada con monofosfato amónico al 10%, mas 5% de resina y barnizado con Nitrocelulósico

5

 

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