ES2210500T3

ES2210500T3 - Revestimiento intumescente de poco peso y baja densidad.

Info

Publication number: ES2210500T3
Application number: ES97909866T
Authority: ES
Inventors: Joseph W. Hanafin; David C. Bertrand
Original assignee: Akzo Nobel NV
Current assignee: Akzo Nobel NV
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2017-09-23
Also published as: BR9712106A; ATE255148T1; WO1998012270A1; NO991380D0; DE69726438T2; NO991380L; DK0927231T3; EP0927231A1; DE69726438D1; PT927231E; CA2266667C; AU723434B2; EP0927231B1; US6096812A; AU4737397A; NO320857B1; CA2266667A1

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN REVESTIMIENTO INTUMESCENTE RESISTENTE AL FUEGO A BASE DE EPOXIDO Y CON BAJA DENSIDAD, QUE PRESENTA UNA DENSIDAD INFERIOR A APROXIMADAMENTE 1,10 G/CC Y DE MANERA IDEAL INFERIOR A APROXIMADAMENTE 1,0 G/CC, ASI COMO A UN PROCEDIMIENTO DE FORMACION DE ESTE REVESTIMIENTO. ESTE PROCEDIMIENTO COMPRENDE DIFERENTES ETAPAS ENTRE LAS CUALES ESTA LA FORMACION DE UNA MASILLA INTUMESCENTE CON BASE DE EPOXIDO, QUE PRESENTA PARTICULAS CON BAJO CONTENIDO DE SILICE AMORFA QUE ESTAN DISPERSAS. LA MASILLA SE PULVERIZA A CONTINUACION EN FORMA DE GOTITAS EN AL MENOS UNA SUPERFICIE DE UN SUSTRATO PARA FORMAR UN REVESTIMIENTO DE MASILLA DE BAJA DENSIDAD EN LA SUPERFICIE. EL REVESTIMIENTO DE MASILLA CON BAJA DENSIDAD SE CUECE A CONTINUACION PARA FORMAR UN REVESTIMIENTO INTUMESCENTE RESISTENTE AL FUEGO, CON BAJA DENSIDAD. EL PROCEDIMIENTO DE LA INVENCION COMPRENDE TAMBIEN PREFERENTEMENTE UNA ETAPA QUE CONSISTE EN DISPERSAR AL MENOS UN TIPO DE GAS EN LA MASILLA, O AL MENOS EN UNA PARTE DELA MASILLA PARA REDUCIR MAS LA DENSIDAD DEL REVESTIMIENTO INTUMESCENTE ENDURECIDO.

Description

Revestimiento intumescente de poco peso y baja densidad.

Antecedentes de la invención

Los revestimientos intumescentes resistentes al fuego se usan comúnmente sobre componentes metálicos (por ejemplo, estructuras y sistemas) para aislar estos componentes del calor generado en un fuego. Aislando los componentes metálicos, se reduce sustancialmente la tasa de aumento de temperatura sufrida por estos componentes en caso de un fuego. En consecuencia, este aislamiento otorga más tiempo para la aplicación de medidas de supresión del fuego o de enfriamiento del componente revestido, para reducir la posibilidad de un fallo material del componente.

Estos revestimientos intumescentes resistentes al fuego han sido especialmente útiles en barcos, plataformas petrolíferas y otras instalaciones de almacenamiento y procesado de hidrocarburos. Sin embargo, generalmente, para aislar los componentes metálicos suficientemente frente al fuego, se deben aplicar grandes cantidades de revestimiento, lo cual aumenta la carga de peso sobre el componente revestido. Esta carga de peso aumentada impone responsabilidades estructurales y económicas. Por ejemplo, las plataformas petrolíferas están limitadas por la carga en peso total de la plataforma. Una cantidad pesada de revestimiento intumescente aplicada a la plataforma disminuye el peso de otras estructuras, equipo y personal que puede ser soportado por la plataforma de manera segura.

Por lo tanto, existe una necesidad de un revestimiento intumescente que proporcione resistencia al fuego adecuada a los componentes metálicos revestidos, a una carga de peso más baja.

El documento de la patente GB-A-2-121-056 describe una composición que intumesce por la formación de una capa carbonizada aislante del calor cuando se expone al fuego y que es útil para proteger piezas estructurales de fundición, que comprende: (a) un ligante que forma una película de resina, como una resina epoxi; (b) un agente espumógeno como el fosfato de melamina en una relación en peso de menos de 7,5:1; (c) hasta un 20% en peso de un compuesto hidroxiaromático como el catecol o el ácido salicílico; y, opcionalmente, (d) un relleno como fibras cerámicas que consisten en más del 50% en peso de hidróxido de aluminio.

El documento de la patente de EE.UU. A-5.580.648 describe un sistema de refuerzo para revestimientos intumescentes de protección frente al fuego tipo masilla. Para reforzar el revestimiento se usa una malla de carbono libremente flotante incrustada en el revestimiento. Opcionalmente, la malla de carbono se puede usar junto con refuerzos sujetos mecánicamente.

El documento de la patente GB-A-2.171.105 describe un material retardarte de la llama que comprende un producto intumescente retardante de la llama, como una resina epoxi de dos componentes retardante de la llama, y diversos esferoides ondulantes. Los esferoides pueden ocupar aproximadamente el 50% del volumen de la capa. Se puede aplicar una segunda capa sobre la primera que comprende resina epoxi resistente al fuego. La inclusión de los esferoides en el material retardante de la llama aumenta sustancialmente el tiempo que se necesita para que el sustrato alcance 93ºC y proporciona, en consecuencia, más tiempo para que funcionen adecuadamente las válvulas de seguridad motorizadas y los dispositivos similares (los cuales se hacen poco fiables en su funcionamiento por encima de 93ºC).

El documento de la patente de EE.UU. A-4.529.467 describe una composición intumescente curable que tiene como principales constituyentes una resina epoxi; un agente de curado; y un componente aditivo que está compuesto de una mezcla de materiales que proporciona una fuente de fósforo, zinc, boro y un gas de expansión. La composición mencionada es capaz de formar una capa carbonizada carbonosa cuando se la expone al calor o a las llamas.

El documento de la patente de EE.UU describe una composición curable intumescente que contiene como ligante resinoso una resina poliepoxídica flexible. El poliepóxido se cura con un agente de curado apropiado adaptado para cada resina concreta. Está presente un componente como aditivo que contiene una mezcla de materiales que proporciona una fuente de:

(i) zinc;

(ii) boro;

(iii) fósforo, y

(iv) un gas de expansion, cuando se descompone térmicamente. La composición es capaz de formar una capa carbonizada carbonosa, cuando se expone al calor o a las llamas, con la condición de que las composiciones curadas y no quemadas tengan la suficiente flexibilidad para pasar al menos 10 ciclos continuos de un test de ciclo frío sin resquebrajarse. El test de ciclo frío implica las siguientes etapas: la composición se aplica a una sección de un espesor de 12,7 mm (0,5 pulgadas) a 0,254 m (10 pulgadas) de una viga en I 4W13 que tiene dos termopares unidos a la superficie; se permite que cure a temperatura ambiente durante 16 horas; se cura forzadamente a aproximadamente 60ºC durante 5 días y se somete al test de ciclo frío. Para un ciclo, la viga se coloca en un refrigerador que funciona a una temperatura entre aproximadamente -18ºC (0ºF) y aproximadamente -23ºC (-10ºF), según se determina mediante los dos termopares unidos a la superficie de la viga por debajo del revestimiento; se saca del refrigerador y un área de la superficie de 0,0323 metros cuadrados (50 pulgadas cuadradas) se calienta pasando una pistola de calor por la superficie (modelo HG 50146, División Alpha de de Loral Corp, 14 amperios, temperatura mínima en la punta de 260ºC (500ºF)), como se muestra en las figuras 1 y 2, pasándola uniformemente por la superficie hasta que la temperatura de la superficie alcance 43ºC (110ºF), en un período de 3 minutos, según se determina mediante el termopar trasladado de sitio por la superficie; y se permite que permanezca a temperatura ambiente durante al menos 2 horas.

El documento de la patente GB-A-1.476.238 describe una composición de un revestimiento intumescente que contiene al menos un agente espumógeno encapsulado mediante una sustancia que es sustancialmente impermeable al agua.

Las cápsulas pueden contener el agente espumógeno sólo, con el agente carbonífero incorporado de otra forma a la composición de revestimiento, o bien pueden contener ambos agentes: espumógeno y carbonífero. Normalmente es conveniente que el agente espumógeno se distribuya tan uniformemente como sea posible, con el fin de proporcionar un espumado uniforme, y de acuerdo con ello, se prefiere una gran cantidad de cápsulas pequeñas que contienen cantidades pequeñas de agente espumógeno que cápsulas grandes que contienen cantidades grandes de agente espumógeno. Las cápsulas pueden contener partículas individuales de agente espumógeno o agregados de partículas de agente espumógeno. El tamaño preferido de las cápsulas es de hasta 50 micras.

Se dice que se obtienen mejores resultados si las cápsulas contienen ambos agentes: espumógeno y carbonífero. La espuma producida en este caso tiene mayores fuerza y capacidad de adhesión a la superficie que en el caso en que sólo se encapsula el agente espumógeno. En cualquier caso, es conveniente que el agente carbonífero se encapsule si el mismo es soluble en agua, porque en caso contrario, el agente carbonífero puede lixiviarse de la composición cuando ésta se expone al agua.

El documento de la patente GB-A-2.269.548 describe un material aislante resistente al fuego, que comprende un sustrato de material aislante que tiene, sobre una superficie de lo mismo, un revestimiento de un material de revestimiento resistente al fuego que forma, cuando se le expone al fuego, una capa de material carbonizado carbonoso y una fase de vidrio inorgánico que se adhiere al sustrato y protege a la capa de material carbonizado de la oxidación a altas temperaturas.

La presente invención es según las reivindicaciones.

Compendio de la invención

Esta invención se refiere a un revestimiento intumescente de base epoxi y de baja densidad, resistente al fuego, y a un método para elaborar el mismo. Un revestimiento de baja densidad de la presente invención tiene una densidad más baja de 1,10 g/cm^{3}, preferentemente 1,05 g/cm^{3} o menos y más preferentemente 1,0 g/cm^{3} o menos.

Este método incluye elaborar una masilla intumescente de base epoxi, que tiene partículas muy pequeñas de sílice de pirólisis amorfa dispersas en ella, y aplicar luego la masilla al menos a una superficie de un sustrato, para formar un revestimiento de masilla de baja densidad sobre la superficie. Luego, se cura el revestimiento de masilla de baja densidad para formar un revestimiento intumescente de baja densidad resistente al fuego. Preferentemente, el método de la invención incluye, además, la etapa de dispersar al menos un tipo de gas dentro de la masilla, o dentro de al menos una parte de la masilla, para disminuir todavía más la densidad del revestimiento intumescente curado.

Este método se puede usar también para disminuir la densidad de otros revestimientos intumescentes de base epoxi resistentes al fuego.

La masilla intumescente de base epoxi, usada en el método de esta invención, incluye al menos una resina epoxi, al menos un agente de curado epoxi y también partículas diminutas de de sílice de pirólisis amorfa. Esta masilla incluye también al menos un agente formador de capa carbonizada (o catalizador intumescente) que comprende un retardante de la llama que contiene fósforo, y al menos un agente formador de capa carbonizada (o catalizador intumescente) que comprende un retardante de la llama que contiene isocianurato, y al menos un agente espumógeno. En una realización preferida, la masilla contiene también al menos un gas disperso en ella.

Esta invención tiene la ventaja de reducir de manera sustancial el peso de revestimiento intumescente, resistente al fuego, necesario para aislar adecuadamente una estructura o sistema. El revestimiento intumescente de densidad disminuida de esta invención proporciona un grado equivalente de resistividad al fuego (aislamiento) al que proporcionan espesores de revestimiento iguales de revestimientos intumescentes más densos.

Esta invención tiene también la ventaja de reducir la densidad de los revestimientos intumescentes conocidos sin reducir la eficacia del revestimiento a la hora de resistir al fuego.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un gráfico de los resultados de los tests de resistencia térmica descritos en el ejemplo 6, que muestra, frente al tiempo: (a) la temperatura del horno; b) la temperatura de termopar promedio de una viga en I de acero recubierta con un espesor promedio de 15 mm de un revestimiento intumescente resistente al fuego que no contiene una dispersión de partículas de sílice muy pequeñas (CHARTEK^{TM} IV), calentada dentro del horno, y (c) la temperatura de termopar promedio de una viga en I de acero recubierta con un espesor promedio de 15 mm de un revestimiento intumescente resistente al fuego que contiene una dispersión de partículas de sílice muy pequeñas (CHARTEK^{TM} IV), calentada dentro del horno.

Descripción detallada de la invención

Un revestimiento intumescente, de base epoxi, de baja densidad, resistente al fuego de la presente invención tiene generalmente una densidad entre 1,05 g/cm^{3} y 0,8 g/cm^{3}. Dicho revestimiento intumescente se forma curando una masilla adecuada de base epoxi, que contiene también partículas muy pequeñas de sílice amorfa de pirólisis dispersas en ella, para disminuir, de este modo, la densidad del revestimiento intumescente.

Preferentemente, la masilla contiene también al menos un tipo de gas dispersado en ella para reducir todavía más la densidad del revestimiento intumescente.

Las masillas de base epoxi adecuadas contienen generalmente una mezcla sustancialmente homogénea de: (1) al menos un tipo de resina epoxi que funciona como ligante; (2) al menos un agente formador de capa carbonizada, que comprende un retardante de la llama que contiene fósforo y al menos un agente formador de capa carbonizada que comprende un retardante de la llama que contiene un isocianurato; (3) al menos un agente espumógeno, y (4) al menos un agente de curado epoxi. Entre los ejemplos de tales masillas a base de epoxi se incluyen las masillas descritas en este documento, en los ejemplos 1-3, y también otras masillas intumescentes de base epoxi conocidas en la técnica, como la masilla de base epoxi CHARTEK^{TM} IV (vendida por la firma Textron Systems Corporation, Wilmington, Massachussets).

Las partículas muy pequeñas de sílice amorfa de pirólisis, que están dispersas en la masilla, son partículas de sílice amorfa de pirólisis que tienen usualmente diámetros de partícula de una micra o menos. Preferentemente, la sílice de pirólisis es una sílice tratada superficialmente, por ejemplo, una sílice tratada con dimetildiclorosilano o hexametildisilazano. Más preferentemente, las partículas de sílice amorfa de pirólisis son partículas de sílice amorfa de pirólisis tratadas con aceite de polidimetilsiloxano.

En el método y en el revestimiento intumescente de baja densidad de la presente invención, la masilla de base epoxi contiene una suspensión sustancialmente homogénea de partículas de sílice amorfa de pirólisis para disminuir la densidad del revestimiento intumescente formado a partir de la masilla. Específicamente, la densidad del revestimiento intumescente, obtenido a partir de la masilla de base epoxi, se disminuye mediante la inclusión de partículas de sílice de pirólisis muy pequeñas en la masilla. Esta disminución de la densidad se demuestra en el Ejemplo 4 para la masilla de base epoxi CHARTEK^{TM}IV, en el que tanto la densidad de la masilla aplicada con paleta como la de la masilla aplicada con un pulverizador se redujeron añadiendo sílice de pirólisis a la masilla.

Aunque no es seguro, se cree que esta disminución de la densidad del revestimiento intumescente está provocada por un aumento de la cantidad de gases (por ejemplo, aire) contenida en el revestimiento de masilla, por ejemplo, en forma de pequeñas burbujas. Una parte significativa de los gases contenidos son retenidos luego dentro del revestimiento de masilla cuando cura, para formar de ese modo un revestimiento intumescente resistente al fuego de densidad reducida, o de baja densidad. Además, se cree que el aumento en la cantidad de gases retenidos es el resultado del aumento de las redes de enlaces de hidrógeno entre las partículas de sílice y los grupos polares de la resina epoxi y de los otros componentes polares contenidos en la masilla, aumentando de este modo la tixotropía y viscosidad de la masilla, y/o del atrapamiento mecánico de aire en la masilla.

La cantidad mínima de partículas de sílice amorfa de pirólisis contenida en la masilla es una cantidad que daría como resultado un revestimiento intumescente que tiene una densidad reducida cuando el revestimiento se forma según el método de esta invención. El contenido máximo de partículas de sílice de pirólisis es áquel por encima del cual la masilla se hace demasiado viscosa para poder ser aplicada mediante pulverización. El contenido de partículas de sílice de pirólisis debería ajustarse en función de los cambios en el diámetro de partículas, puesto que las partículas de diámetro mayor tienen menos área superficial para enlazarse por unidad de masa que las partículas más pequeñas. Por lo tanto, generalmente se necesita un contenido en peso mayor de partículas de sílice de pirólisis de diámetro más grande.

Preferentemente, una masilla de base epoxi contiene entre 0,1 y 10 por ciento en peso de partículas de sílice amorfa de pirólisis. Más preferentemente, el contenido de sílice de pirólisis en la masilla está entre 0,5 y 5 por ciento en peso de partículas de sílice que tienen un área superficial entre 50 y 500 m^{2}/g. Asimismo, se prefiere que el tamaño de partícula de las partículas de sílice de pirólisis esté entre 3 y 500 nanómetros.

En una realización más preferida, la masilla de base epoxi contiene además al menos un componente adicional que contiene silicio, como al menos un tipo de vidrio expandido, microesferas de vidrio huecas, y/o fibras minerales amorfas. Se cree que una dispersión de estos componentes adicionales que contienen silicio dentro de la masilla aumentarán además la red de enlaces de hidrógeno, aumentando, en consecuencia, además, la retención de gases en la masilla antes de y durante el curado.

En una realización más preferida de la presente invención, se dispersa dentro de la masilla al menos un tipo de gas, por ejemplo, aire o nitrógeno. Específicamente, el gas se puede añadir directamente a la masilla y/o a una o más de sus diferentes partes (por ejemplo, las partes de masilla descritas en los Ejemplos 1 y 2). Una forma adecuada de añadir gas a la masilla es agitar cada parte de la masilla dentro de un recipiente presurizado con gas, justo antes de aplicarla, como en el método descrito en el ejemplo 5.

No se sabe con seguridad si el gas dispersado dentro de la masilla (o de sus partes) se disuelve y/o está en forma de pequeñas burbujas de gas. Las burbujas de gas dentro del revestimiento intumescente deberían ser de un tamaño tal que no degraden de manera significativa la integridad estructural, la resistividad al fuego o la resistencia a la humedad de dicho revestimiento.

Preferentemente, la masilla debería contener una cantidad de gas dispersada en ella que diera como resultado un revestimiento intumescente, formado a partir de la masilla, que tiene una densidad disminuida, debido al aumento de la porosidad del revestimiento y/o al gas disuelto dentro del revestimiento.

Para la masilla de base epoxi de la presente invención, entre las resinas epoxi adecuadas se incluyen resinas epoxi alifáticas, aromáticas, cíclicas, acíclicas, alicíclicas y/o heterocíclicas. Por ejemplo, las resinas epoxi pueden ser glicidiléteres derivados de alcoholes polihídricos como etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, 1,2-propilenglicol, 1,4-butilenglicol, 1,5-pentanodiol, 1,2,6-hexanotriol, glicerol, trimetilolpropano, y bisfenol-F (un producto de condensación de fenol y formaldehído). La resina epoxi de la presente invención puede incluir mezclas de diferentes resinas epoxi.

La resina epoxi preferida es (2,2-bis[4-(2,3-epoxipropoxi)fenil]propano, comúnmente denominada diglicidiléter de bisfenol A (denominada a partir de aquí DGEBA).

La masilla de base epoxi incluye también al menos un agente de curado epoxi, conocido también como endurecedor. El agente de curado reacciona con la resina epoxi para producir el reticulado de la resina y formar un material duro y duradero. Generalmente, se pueden usar en esta invención cualesquiera agentes de curado de los usados para endurecer resinas epoxi. Entre los ejemplos de agentes de curado adecuados se pueden incluir, por ejemplo, dietilen-triamina, 3,3-amino-bis-propilamina, trietilen-tetraamina, tetraetilen-pentaamina, m-xilenodiamina, ácido dicarboxílico, ácido tricarboxílico, ácido oxálico, ácido ftálico, ácido tereftálico, ácido succínico, ácidos succínicos sustituidos, ácido tartárico, ácidos grasos polimerizados, anhídrido piromelítico, anhídrido trimelítico, anhídrido ftálico, anhídrido succínico, anhídrido maleico.

La masilla de base epoxi de la presente invención contiene además constituyentes químicos que funcionan dentro del revestimiento resistente al fuego como agentes formadores de capa carbonizada y como espumógenos. Un agente formador de capa carbonizada promueve la formación de un hollín cuando el revestimiento intumescente se expone al fuego, actuando generalmente como un retardante de la llama que controla la velocidad y el mecanismo de la descomposición térmica de la epoxi curada, dando como resultado la formación de una capa carbonizada carbonosa, en vez de monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua. Entre los agentes formadores de capa carbonizada adecuados se incluyen, por ejemplo, retardantes de la llama que contienen fósforo, isocianuratos y/o halógenos.

Entre los retardantes de la llama que contienen fósforo, adecuados como agentes formadores de capa carbonizada, se incluyen, por ejemplo, grupos fosfato, fosfito, fosfonato y/o fosfonio. Ejemplos concretos de tales retardantes de la llama que contienen fósforo son: polifosfato de amonio, fosfato de tricresilo, fosfato de tris(2,3-dibromo-propilo), fosfato de trifenilo, fosfato de trioctilo, fosfato de amonio, fosfato de tris(2,3-dicloro-propilo), mezcla de trifosfonatos de poli-\beta-cloroetilo, sulfuro de tetrakis-(hidroximetil)-fosfonio, fosfonato de dietil-N,N-bis(2-hidroxietil-aminoetilo), ésteres hidroxialquílicos de ácidos fosfóricos y fosfato de tris(2-cloroetilo).

Entre los ejemplos de retardantes de la llama adecuados que contienen isocianuratos, adecuados como agentes formadores de capa carbonizada, se incluyen: poliisocianurato, un éster del ácido isocianúrico, un isocianurato e isocianuratos hidroxialquílicos, como isocianurato de tris(hidroximetilo), isocianurato de tris(3-hidroxi-n-propilo), isocianurato de triglicidilo e isocianurato de tris-(2-hidroxietilo) (a partir de ahora THEIC, por sus siglas en inglés).

También se pueden usar otros agentes formadores de capa carbonizada, como melamina, borato de zinc u óxido de antimonio.

Generalmente, la relación en peso de los agentes formadores de capa carbonizada a las resinas epoxi en la masilla está normalmente entre 1:4 y 1:1, y está preferentemente entre 1:2 y 1:1.

Dentro de la masilla, se dispersan al menos dos retardantes de la llama, uno de los cuales contiene fósforo, y uno de los cuales contienen isocianurato.

Entre los retardantes de la llama adecuados que contienen halógenos, se incluyen, por ejemplo, parafinas cloradas, octabromodifenil-éter, derivados de hexaclorociclopentadieno, fosfato de tris(2,3-dibromopropilo), ácido cloréndico, ácido tetracloroftálico, ácido tetrabromoftálico, bis-(N,N'-hidroxietil)-tetraclorofenilen-diamina, tetrabromo-bisfenol A o fosfato de tris(2-cloroetilo).

En una realización preferida, el revestimiento intumescente de baja densidad resistente al fuego está libre de halógenos. Según se define en este documento, libre de halógenos significa que el revestimiento intumescente contiene solo rastros (trazas) de halógenos, o menos, y que el revestimiento no depende de la presencia de halógenos en lo que se refiere a la resistividad frente al fuego.

Un compuesto espumógeno se descompone cuando se le expone al calor, liberando un gas de expansión (por ejemplo, nitrógeno, dióxido de carbono o vapor de agua), expandiendo por lo tanto la capa carbonizada para aumentar su espesor. Generalmente, el espumógeno liberará gas a una temperatura a la cual la resina epoxi curada está blanda, pero que está por debajo de la temperatura a la cual se forma la capa carbonizada carbonosa. Por lo tanto, la capa carbonizada que se forma se expande y, en consecuencia, aisla mejor el sustrato puesto que el gas de expansión queda retenido dentro de la capa carbonizada. Es preferible que la composición contenga un espumógeno que proporcione un grado de intumescencia (relación entre el volumen de revestimiento intumescido y el volumen de revestimiento no intumescido) inferior a 8, cuando se calienta según el protocolo del test UL 1709.

Entre los espumógenos adecuados se incluyen, por ejemplo, polifosfato de amonio, THEIC, melamina, melamina metilolada, hexametoximetilmelamina, monofosfato de melamina, bifosfato de melamina, polifosfato de melamina, pirofosfato de melamina, urea, dimetilurea, diciandiamida, fosfato de guanilurea, glicina y ácido bórico.

Generalmente, la relación en peso de agente espumógeno (o una mezcla de agentes espumógenos) a resina epoxi en la masilla está normalmente entre 1:3 y 2:1, y está preferentemente entre 2:3 y 3:2.

En todavía otra realización, se dispersa en la masilla al menos un tipo de relleno de baja densidad. Generalmente el relleno de baja densidad se usa para disminuir más la densidad del revestimiento intumescente a la vez que se aisla también el sustrato revestido disminuyendo la conductividad térmica del revestimiento intumescente y de su capa carbonizada resultante. Entre los ejemplos de rellenos de baja densidad adecuados se incluyen vidrios expandidos, como perlita expandida, vermiculita expandida y microesferas huecas, por ejemplo, microesferas de vidrio, cerámicas y orgánicas.

El relleno de baja densidad debería tener un tamaño lo suficientemente pequeño para poder pulverizarse libremente. Preferentemente, el relleno de baja densidad tiene un tamaño de partícula de menos de 0,1 cm (0,04 pulgadas).

En una realización preferida, la masilla contiene como relleno perlita expandida que tiene un tamaño de partícula tal que el 97% pasa por la malla de 30 (tamaño de partícula de 0,06 cm (0,023 pulgadas)).

La relación en peso de relleno a resina epoxi en la masilla está generalmente entre 1:30 y 1:5, y está preferentemente entre 1:20 y 1:5.

En todavía otra realización, la masilla contiene una dispersión de uno o más tipos de fibras. Las fibras se añaden con muchos objetivos, como: (1) reforzar la capa carbonizada formada a partir del revestimiento intumescente; (2) aumentar más la retención de gas mediante el bloqueo u obstrucción físicos y/o el aumento de los enlaces de hidrógeno; y/o (3) formar un vidrio de fosfosilicato dentro de la capa carbonizada, que mejore el aislamiento del sustrato revestido y la durabilidad de la capa carbonizada.

Generalmente, se dispersan dentro de la masilla fibras que tienen una elevada área superficial, para aumentar el índice de tixotropía, de tal forma que un revestimiento de masilla, pulverizado sobre una superficie vertical o una superficie situada en lo alto (techo) no experimentará movimiento significativo antes del curado. Entre las fibras de área superficial elevada adecuadas se incluyen, por ejemplo, fibras cerámicas, amianto, aramida, vidrio y otras fibras fibriladas.

La relación en peso de fibra de área superficial elevada a resina epoxi en la masilla está generalmente entre 1:40 y 1:20, y está preferentemente entre 1:35 y 1:20.

Las fibras usadas para formar vidrios de tipo fosfosilicato dentro de la capa carbonizada son generalmente fibras que contienen silicio. Preferentemente, esta fibra es una fibra de mineral amorfo que contiene dióxido de silicio, como la fibra de vidrio mineral. La relación en peso de la fibra que forma vidrio a la resina epoxi en la masilla está generalmente entre 1:30 y 1:15, y está preferentemente entre 1:25 y 1:20.

Las fibras usadas en el método y en la composición de la presente invención deben ser suficientemente cortas y de diámetro suficientemente pequeño como para pasar a través de la boquilla de pulverización sin atascarla de forma significativa. Además, el uso de fibras de diámetro más pequeño da como resultado un mayor entrelazamiento de las mismas dentro de la masilla, por unidad de masa de fibra contenida en ella. En el ejemplo 1 se describen fibras de área superficial elevada y lanas minerales preferidas.

En otra realización preferida, la masilla de base epoxi incluye además componentes que formarán, o favorecerán la formación, de una matriz de vidrio dentro de la capa carbonizada, durante la formación de la misma. Generalmente estos componentes incluyen al menos un tipo de agente de fluidificación, que se dispersa dentro de la masilla. Entre otros componentes adecuados se incluyen, por ejemplo, partículas de sílice amorfa, fibras que contienen silicio, vidrio expandido, microesferas de vidrio huecas y componentes que contienen fósforo.

Cuando se calienta en las condiciones de formación de la capa carbonizada, el agente de fluidificación reacciona con al menos una parte del componente que contiene fósforo y al menos una parte del componente que contiene silicio para formar un vidrio de fosfosilicato al menos parcialmente ablandado o líquido, el cual se expande y forma espuma dentro de la capa carbonizada, debido a los gases liberados por la descomposición térmica de uno o más componentes del revestimiento intumescente. Entre los ejemplos de agentes de modificación adecuados se incluyen, por ejemplo, ácido bórico hidratado, borato de zinc, óxido de boro, borato de sodio, borato de potasio, borato de amonio, o ésteres de borato como butilboratos o fenilboratos. Otros agentes de fluidificación adecuados incluyen óxidos metálicos de titanio, molibdeno, calcio, hierro, aluminio, zinc y estaño.

Generalmente, la relación en peso de agente de fluidificación (o de una mezcla de agentes de fluidificación) a resina epoxi está normalmente entre 1:3 y 2:1, y está preferentemente entre 1:2 y 1:1.

Para favorecer más la formación de espuma dentro de la capa carbonizada, se puede dispersar dentro de la masilla al menos un agente de expansión, para aumentar la cantidad de gas liberado durante la formación de la capa carbonizada. Entre los ejemplos de agentes de expansión adecuados se incluyen carbonatos metálicos que se descompondrán liberando dióxido de carbono, como las sales de carbonatos de metales divalentes. El agente de expansión preferido contiene carbonato de calcio, como la piedra caliza o la dolomita. El tamaño de las partículas del agente de expansión utilizado en la presente invención debe ser suficientemente pequeño como para fluir libremente a través de la boquilla inyectora de un pulverizador adecuado sin producir un atasco o taponamiento significativo de la misma.

Para favorecer la formulación de la masilla se pueden añadir a la misma componentes adicionales, como agentes de mojado y agentes antiespumantes. Además, si la masilla se elabora o formula inicialmente en partes separadas, se prefiere que cada parte contenga un pigmento coloreado de diferente manera, como pigmento negro o dióxido de titanio en forma de rutilo blanco.

En otra realización, el revestimiento intumescente de baja densidad contiene además medios de reforzar el revestimiento intumescente, tal como los que se conocen en la técnica, por ejemplo, alambres, mallas o tejidos hechos de metal o una o más fibras. Preferentemente, el medio de refuerzo se elabora con fibra de carbono o con fibras de carbono y vidrio, como se describe en el documento de la patente de EE.UU. número 5.433.991, concedida a G. Boyd y G. Castle y en el documento de la patente de EE.UU. número 5.580.648, concedida a G. Castle y J. Gaffney.

Debe entenderse que varios componentes usados en la masilla pueden servir para más de una función, tal y como las funciones de agente formador de la capa carbonizada, espumógeno, agente de modificación, agente de expansión o agente tixotrópico.

En una realización preferida, la masilla de base epoxi incluye entre aproximadamente 25 y 40% en peso de resina epoxi, 15 - 20% en peso de agente de curado, 2 - 10% en peso de THEIC, 5 - 10% en peso de polifosfato de amonio, 5 - 15% en peso de retardante de la llama, 15 - 30% en peso de ácido bórico hidratado, 1 - 4% en peso de vidrio expandido, 0,5 - 10% en peso de fibra mineral amorfa y 0,5 - 2,5% en peso de partículas de sílice amorfa de pirólisis.

En una realización incluso más preferida, la masilla comprende una mezcla de componentes que tienen aproximadamente los siguientes porcentajes en peso, específicamente: 26,5 - 29,5% en peso de resina epoxi; 6,4 - 8% en peso de éster fosfato de triarilo; 23,7 - 26,3% en peso de ácido bórico hidratado; 13 - 15% en peso de una mezcla resistente al fuego que contiene 36% en peso de isocianurato de tris-(2-hidroxietilo) y 64% en peso de polifosfato de amonio; 1,4 - 2,8% en peso de perlita; 0,8 - 1,7% en peso de de fibra de lana mineral; 0,85 - 1,8% en peso de fibra cerámica; 0,7 - 5,0% en peso de sílice de pirólisis; 16,5 - 19,5% en peso de agente de curado; y 2,2 - 3% en peso de carbonato de calcio. Ejemplos de dicha masilla de baja densidad preferida se dan además en los Ejemplos 1-3.

En el método de la presente invención, para formar un revestimiento intumescente de baja densidad, la masilla se puede formar mezclando sus componentes al mismo tiempo, en cualquier orden o en partes separadas que luego se mezclan juntas. Sin embargo, la mezcla de la resina epoxi con el agente de curado, considerablemente antes de la aplicación de la masilla sobre el sustrato, puede dar como resultado un curado, al menos parcial, de la resina epoxi antes de la aplicación. Los componentes de la masilla se mezclan mediante uno o más métodos adecuados para formar una mezcla sustancialmente homogénea de los componentes de la masilla (por ejemplo, resina, agente de curado, elementos en forma de partículas y fibras), como un mezclador de dispersión de alta velocidad o un mezclador estático. Se prefiere que la masilla se elabore a partir de dos partes separadas, una primera parte que contenga la resina epoxi y una segunda parte que contenga el agente de curado.

Se prefiere también que la resina epoxi y el agente de curado, o las partes que contengan los mismos, se mezclen inmediatamente antes de o durante la aplicación, como mediante flujo a través de un mezclador estático, antes de aplicarlos en forma pulverizada.

La masilla se puede aplicar luego a las superficies que se van a revestir, por cualquier medio adecuado, como mediante una paleta o espátula, o mediante pulverización.

Se prefiere además que la masilla se aplique en forma de pulverización de gotitas, más preferentemente con un patrón de pulverización en forma de abanico, el cual se dirige hacia al menos una superficie de un sustrato que se va a revestir. El tamaño adecuado de las gotitas se puede obtener dirigiendo la masilla a través de un pulverizador con un extremo de pulverización en forma de diamante de un diámetro interior comprendido típicamente entre aproximadamente 0,89 mm y aproximadamente 1,19 mm (entre aproximadamente 35 y aproximadamente 47 milésimas de pulgada). También son adecuados para el método de esta invención otros medios para formar gotitas de tamaño equivalente, tal como los que se conocen en la técnica. Generalmente, la masilla se somete a una presión entre aproximadamente 7x10^{6} Pa (1000 psi) y aproximadamente 2,8x10^{7} Pa (4000 psi).

Adicionalmente, se prefiere que las partes de la masilla, tal y como están en un sistema de dos partes, se calienten para reducir su viscosidad y aumentar la facilidad de pulverización. Generalmente, las partes de la masilla se calientan hasta entre 55ºC y 70ºC. Más preferentemente, las partes de la masilla se calientan antes de la pulverización hasta entre 65ºC y 70ºC.

El pulverizador se dirige luego normalmente, aunque no se requiere que sea así, en un movimiento de vaivén sobre las superficies que se van a revestir, hasta que se deposita sobre la superficie un espesor adecuado de revestimiento de masilla de baja densidad. Generalmente, se aplican en un revestimiento sencillo 8 mm o menos, preferentemente de 4 a 5 mm, de masilla. Se pueden aplicar capas repetidas para alcanzar el espesor de revestimiento deseado. Preferentemente, las segundas capas no se aplican hasta que la capa previa ha secado o al menos está parcialmente curada, generalmente de 30 minutos a 4 horas.

Se prefiere especialmente que antes de aplicar la masilla, al menos un gas se disperse con la misma, o al menos con una de sus partes. Por ejemplo, donde se aplica la masilla mediante pulverización, las partes de la masilla pueden contenerse en depósitos separados. Luego, las partes de la masilla se calientan y remueven, por ejemplo con un agitador de pala u otro adecuado, mientras que los depósitos se presurizan con un gas (por ejemplo, aire), generalmente hasta una presión entre aproximadamente 2,8x10^{5} Pa (40 psi) y aproximadamente 5,6x10^{5} Pa (80 psi), para dispersar más gas dentro de las partes de la masilla.

El espesor del revestimiento necesario es inversamente proporcional a la masa (o peso) del metal contenido en el sustrato que se va a revestir. Las masas mayores de metal necesitan revestimientos intumescentes de menor espesor, puesto que las masas mayores tienen mayor capacidad como sumideros de calor. Entre los sustratos característicos se incluyen componentes estructurales y tuberías.

El uso de otros métodos de aplicación de la masilla diferentes a la pulverización dará generalmente como resultado mayores densidades del revestimiento intumescente de las que se alcanzarían mediante pulverización.

La invención se describirá adicional y específicamente mediante los ejemplos siguientes.

Ejemplo 1 Preparación de la parte primera de una masilla que contiene sílice

La primera parte de los componentes usados para formar el revestimiento intumescente CHARTEK^{TM} VII de la presente invención (denominada a partir de ahora Parte 1) se preparó como sigue:

En una caldera de mezcla de acero se añadieron: resina epoxi (773,1 kg (1702,8 libras) de DER331, adquirida a Dow Chemical Company); éster fosfato de triarilo (199,0 kg (438,3 libras) de ANTIBLAZE® 519, adquirido a Albright & Wilson Americas Inc., Richmond, VA); pigmento negro (2,0 kg (4,5 libras) de VN 6792, adquirido a Allied Resin) y tensioactivo antiespumante polidimetilsiloxano (modificado) (0,20 kg (0,45 libras) de SAG 47 adquirido a Union Carbide Chemicals y Plastics Company Inc., Danbury, CT). Se mezcló luego el contenido de la caldera a 750 rpm durante 10 minutos con un mezclador de dispersión de alta velocidad (Hockmyer 550L con una pala 16E).

Mientras se continuaba agitando y mezclando a 750 rpm, se añadió gradualmente sobre el vórtice de la mezcla sílice de pirólisis de dióxido de silicio hidrofóbico amorfo (30,6 kg (67,5 libras) de sílice de pirólisis CAB-0-SIL® TS-720, adquirida a Osi Specialties Inc., Danbury, CT). Una vez que se observó que la sílice de pirólisis estaba humedecida, se aumentó la velocidad de mezcla hasta 1200 rpm, tras lo cual el proceso de mezcla continuó durante al menos 10 minutos hasta que se dispersó suficientemente la sílice de pirólisis hasta un valor Hegman Grind entre 4 y 7,51, según se midió usando un indicador Hegman Grind (comprado a Precision Gage & Tool Co., Dayton, OH). Las medidas de tipo Hegman Grind se describen en "Reading the Hegman Grind Gauge", Paint, Oil & Chemical Review, (22 de junio de 1950).

Luego se disminuyó la velocidad de mezcla a 900 rpm y, después, se añadieron 306,5 kg (675 libras) de una mezcla retardante de la llama, que contenía 36% en peso de isocianurato de tris-(2-hidroxietilo) (tamizado a través de una malla de paso 325) y 64% en peso de polifosfato de amonio (Hostaflam® AP 422, adquirido a Hoechst-Celanese Chemicals) y se mezclaron durante 10 minutos.

A continuación se aumentó la velocidad de mezcla a 950 rpm. Se añadió ácido bórico (690,7 kg (1521,45 libras), comprado a United States Borax & Chemical Corporation, Los Angeles, CA), y a continuación se mezcló durante 25 minutos.

Posteriormente, se añadió a la caldera de mezcla perlita expandida (20,4 kg (45 libras), de Pennsylvania Perlite Corporation, Lehigh Valley, PA). Después de mezclar durante 5 minutos, tras la adición de la perlita, se añadieron gradualmente en el vórtice de la mezcla 10,2 kg (22,5 libras) de fibra mineral amorfa (Inorphil® 061-50, adquirida a Berol Nobel Inc., Stratford, CT).

Una vez concluida la adición de la fibra mineral, se continuó la mezcla durante 5 minutos más, y luego se añadieron gradualmente al vórtice de la mezcla 10,2 kg (22,5 libras) de fibra cerámica Al_{2}O_{3}/SiO_{2} de área superficial alta (HSA Fiber, Unifrax, Niagara Falls, NY). La mezcla se continuó durante 5 minutos después de la adición de la fibra cerámica, formando de esta forma la Parte 1.

Se determinó entonces la viscosidad de la Parte 1 en la caldera de mezcla a 49ºC y 1 rpm, utilizando un viscosímetro Brookfield (modelo RVT-DV1), con un móvil (eje) en T. Una viscosidad adecuada para la Parte 1 estaba comprendida entre aproximadamente 500 Pa.s y aproximadamente 3x10^{3} Pa.s (aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3,0 millones de centipoises).

Durante la producción de la Parte 1, puede tener que ajustarse la altura de la pala de mezcla, a fin de mantener un vórtice durante la mezcla. Asimismo, de principio a fin de la producción de la Parte 1, se mantuvo la temperatura de la mezcla en la caldera de mezcla a o por debajo de 55ºC, a fin de evitar la polimerización de la resina epoxi.

La Parte 1 se envasó a continuación en cubos de 2x10^{-5} m^{3} (6 galones).

Ejemplo 2 Preparación de la parte segunda de una masilla que contiene sílice

La segunda parte de los componentes usados para formar el revestimiento intumescente CHARTEK^{TM} de la presente invención (denominada a partir de ahora Parte 2) se preparó como sigue:

En una caldera de mezcla de acero se añadieron: agente de curado amidoamina (1,16x10^{3} kg (2554 libras) de Ancamide 903MAV, adquirida a Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA); agente de mojado (4,5 kg (10 libras) de BYK®-W990 de BYK Chemie, Wallinford, CT) y tensioactivo antiespumante (0,18 kg (0,4 libras) de SAG47), y luego se mezclaron a 800 rpm durante 10 minutos con un mezclador de dispersión de alta velocidad (Hockmyer 550L con una pala 16E).

Se aumentó luego la velocidad de mezcla a 900 rpm y después se añadieron gradualmente al vórtice de la mezcla 182 kg (401,2 libras) de caliza molida (HUBERCARB® Q325, J.M. Huber Corporation, Quincy, IL). Después de mezclar durante 5 minutos más, tras la adición de la caliza, la velocidad de mezcla se aumentó a 950 rpm y se añadieron gradualmente al vórtice de la mezcla 209 kg (461,6 libras) de la mezcla de polifosfato de amonio/THEIC del ejemplo 1. Se continuó mezclando durante 15 minutos hasta que se terminó la adición del producto.

Posteriormente se aumentó la velocidad de mezcla hasta 1000 rpm, y a continuación se añadieron gradualmente al vórtice de la mezcla 34,9 kg (76,8 libras) de pigmento de dióxido de titanio en forma rutilo (Ti-Pure® R-100, DuPont Co.). Tras la adición, la mezcla continuó durante 5 minutos y luego se realizaron adiciones graduales a la caldera de mezcla, de manera secuencial, de perlita (101 kg (224 libras)), fibra mineral (206 kg (148,4 kg)) y fibra cerámica (56,1 kg (123,6 libras)). Tras cada adición secuencial, la mezcla se continuó durante 5 minutos para formar la Parte 2. la Parte 2 se guardó entonces en cubos.

Ejemplo 3 Revestimiento intumescente de baja densidad

Se aplicó un revestimiento de masilla de baja densidad a varios sustratos, mezclando las Partes 1 y 2, utilizando una máquina de pulverización de varios componentes (Airtech, Houston, Texas). La máquina de pulverización calentaba y bombeaba cada parte a partir de depósitos contenedores separados, a través de dos mezcladores estáticos en línea de 30 cm (12 pulgadas) y luego descargaba una pulverización de masilla en forma de abanico a través de un pulverizador con punta de pulverización en forma de diamante de 0,104 cm (41 milésimas de pulgada; I.D. Graco, Minneapolis, MN).

La máquina de pulverización calentaba las partes hasta una temperatura entre aproximadamente 54ºC y aproximadamente 70ºC, para reducir la viscosidad de las mismas y promover una mejor mezcla de las partes y hacer más fácil la pulverización. Antes de y durante la pulverización, las partes separadas contenidas en cada depósito contenedor eran removidas lentamente con una pala de mezcla del tipo rascador. Los depósitos contenedores eran presurizados con aire hasta una presión de entre aproximadamente 5,6x10^{5} Pa y aproximadamente 3,5x10^{5} Pa (aproximadamente 80 y aproximadamente 50 psi), respectivamente, para la Parte 1 y la Parte 2.

La máquina de pulverización presuriza también la masilla que entra en la boquilla de pulverización hasta una presión entre aproximadamente 1,4x10^{7} Pa (2000 psi) y 2,1x10^{7} Pa (3000 psi).

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Esta máquina de pulverización mezcla una masilla que contiene aproximadamente 71% de Parte 1 y aproximadamente 29% de Parte 2.

El pulverizador se dirigió luego, en un movimiento de vaivén, sobre las superficies que se van a revestir, hasta que se depositó sobre la superficie un revestimiento de masilla de baja densidad de un espesor de 4 a 6 mm. Se aplicaron capas repetidas, cuando fue necesario, para alcanzar el espesor de revestimiento deseado. Las segundas capas no se aplicaron hasta que la capa previa se hubo secado o curado.

Ejemplo 4 Comparación de densidades de revestimientos intumescentes, con respecto a la inclusión de sílice de pirólisis

Se determinaron las densidades de los revestimientos intumescentes formados, mediante mezcla manual y mediante la aplicación mediante pulverizador de varios componentes descrita en el Ejemplo 3, para los revestimientos intumescentes formados a partir de las masillas siguientes: (1) masilla de base epoxi CHARTEK™ IV (vendida por Textron Systems corporation, Wilmington, Massachussets); (2) CHARTEK™ IV que contenía 1,11% en peso de sílice de pirólisis; y (3) la masilla de base epoxi del Ejemplo 3, denominada específicamente CHARTEK™ VII. Se midieron las densidades del revestimiento intumescente utilizando un picnómetro de helio. Se obtuvieron los resultados siguientes:

Densidad (g/cc)

Masilla	Mezclada a mano	Pulverizada
CHARTEK™ IV	1,17	1,12
CHARTEK™ IV con	1,12	0,94
sílice de pirólisis
CHARTEK™ VII	1,17	1,01 - 0,84*

*Se obtuvieron distintos resultados, según los diferentes tamaños de las boquillas de pulverización y dependiendo del equipo de pulverización

Estos resultados muestran claramente que utilizando el método de la invención, la adición de diminutas partículas de sílice amorfa de pirólisis y la pulverización de la masilla reducen la densidad del revestimiento intumescente por debajo de los niveles que se alcanzan con otras masillas que no contienen partículas de sílice amorfa de pirólisis.

Ejemplo 5 Comparación de densidades de revestimientos intumescentes, con respecto a la agitación o remoción de cada parte de masilla antes de la aplicación

Se produjeron dos formulaciones diferentes del revestimiento intumescente de la presente invención, denominadas, a partir de ahora, Fórmula Nº 1 (masilla producida a partir de la fórmula TSC DE14A) y Fórmula Nº 2 (masilla a partir de los lotes nº 9709020439 de la Parte 1 y lote nº 9808020094 de la Parte 2), descritas de forma general en los ejemplos 1-3.

Cada formulación se aplicó al menos dos veces sobre paneles de aluminio, utilizando cada uno de dos métodos de aplicación por pulverización diferentes. Los métodos de aplicación por pulverización fueron idénticos, y están descritos de manera general en el ejemplo 3, con la excepción de que en el método "removido" cada parte de la masilla de revestimiento (Parte 1 y parte 2) se removió de manera separada, hasta un máximo de aproximadamente 2,5 horas, a baja velocidad (aproximadamente 25-30 rpm), justo antes de pulverizar, mientras que en el método "no-removido", las partes de la masilla no se removieron justo antes de la aplicación. Más específicamente, en el método de aplicación, cada parte de la masilla (Partes I y II) se cargó en depósitos contenedores calentados por separado, utilizados en el equipo de pulverización. Se calentaron luego los materiales hasta aproximadamente 65,5ºC (150ºF), sin remover. Los depósitos contenedores se presurizaron hasta 5,6x10^{5} Pa (80 psi) para la Parte 1 y 3,3x10^{5} Pa (48 psi) para la Parte 2, durante el proceso de calentamiento. Después, se pulverizó la masilla sobre paneles de aluminio a una presión de aproximadamente 1,75x10^{7} Pa (2500 psi) y a una temperatura de masilla de 61ºC.

Se dejó que las masillas pulverizadas curaran durante toda la noche a temperatura ambiente y luego se extrajeron las muestras de revestimiento intumescente para su análisis.

Cada muestra se analizó para determinar su densidad mediante el picnómetro de helio. Se encontró que las densidades medidas de los revestimientos intumescentes variaban dependiendo de la mezcla previa a la pulverización de las partes separadas de las masillas. Específicamente, los resultados de densidad para las formulaciones de revestimientos intumescentes fueron:

Densidad del revestimiento(g/cc)

Fórmula	Removida	No removida
Nº 1	0,98	1,13
Nº 2	1,03	1,16

Además, cada muestra de la fórmula Nº 2 se fotografió y analizó visualmente para determinar el porcentaje de porosidad. En concreto, cada muestra se montó en un material de molde a base de epoxi y se pulió hasta un acabado suave utilizando métodos estándar y aceptados de preparación de muestras. Cada muestra se analizó luego utilizando software Optimas Image Analyzer, sobre un ordenador de base PC acoplado a un conjunto de microscopio Olympus BH-2, a un aumento de 50x, con una videocámara Pulnix modelo TM-7CN.

Este sistema capta imágenes de vídeo de una muestra y mide los porcentajes de área relativos de las áreas iluminadas y oscuras en la imagen captada. Para calibrar el sistema se usa un micrómetro óptico. Se estableció por el operador el valor umbral a medir de las áreas iluminadas y oscuras mediante inspección visual. Luego el software calculó automáticamente (Percentage Area Macro) los porcentajes de área relativos de las áreas iluminadas y oscuras correspondientes a la matriz de resina (luz) y aire introducido (porosidad) en la imagen. La imagen se imprimió a continuación en una impresora láser.

El análisis de porosidad para las muestras de la Fórmula Nº 1 mostró

	% de matriz	% de porosidad
Fórmula Nº 1 no removida	75	25
Fórmula Nº 1 removida	60	40

En consecuencia, el análisis mostró claramente un aumento en la cantidad de gases introducidos en el revestimiento intumescente, debido a la agitación o remoción de cada parte de la masilla antes de su aplicación, disminuyendo de este modo la densidad del revestimiento intumescente.

Ejemplo 6 Comparación de resistencias térmicas de revestimientos intumescentes

Se midió la eficacia del revestimiento intumescente comercial, de alta densidad, CHARTEK™ IV (vendido por la empresa Textron Systems Corporation, Wilmington, Massachussets) y del revestimiento intumescente de baja densidad del Ejemplo 3, denominado específicamente CHARTEK™ VII, a la hora de resistir la transferencia de calor a través de los revestimientos, de acuerdo con "The Hydrocarbon Fire Resístance Test for Elements in Construction for Offshore Instalations", Test specification Issue I (January 1990), by the United Kingdom's Department of Energy.

Antes de llevar a cabo este test, se pulverizó, y luego se curó, la masilla para cada revestimiento intumescente sobre una columna de prueba separada. Cada columna de prueba consistía en una viga en I de 1,7 m (6 pies) de altura, cortada de una barra de acero W10X49. El peso (Hp/A) de cada columna, que indicaba su capacidad como sumidero de calor, era de aproximadamente 157 por metro. A mitad de profundidad de los revestimientos se instaló una malla tejida de vidrio y carbono HK-1™ (Textron Systems Corporation, Wilmington, MA), colocando la malla en la resina mientras se aplicaba el revestimiento. Se encontró que los espesores de revestimiento promedio medidos tanto en la columna revestida de CHARTEK™ IV (denominada a partir de ahora C_{C4}) como en la columna revestida de CHARTEK™ VII (denomina da a partir de ahora C_{C7}) eran de 15 mm. Sobre cada columna, se midió el espesor de revestimiento en 4 lugares de cada una de las ocho superficies de la columna, para obtener el espesor promedio (32 lugares de medida). Para medir el espesor del revestimiento se perforaron agujeros en el revestimiento en cada punto de medida, de forma perpendicular a la superficie de la columna. Luego, se midió el espesor del revestimiento con un calibre de clavija.

Cada columna de prueba se instrumentó con termopares de CHROMEL-ALUMEL en los lugares mostrados en la figura 1. La colocación de los termopares se realizó de acuerdo con British Standard 476.

Se determinó que la masa de CHARTEK™ IV sobre la columna C_{C4} era de aproximadamente 50 kg (110 libras). Se encontró que la masa de CHARTEK™ VII sobre la columna C_{C7} era de aproximadamente 39 kg (87 libras). Las áreas de las superficies revestidas para cada columna eran equivalentes. En consecuencia, la masa de CHARTEK™ VII necesaria para revestir la columna de prueba hasta una profundidad de 15 mm era considerablemente menor (aproximadamente 20%) que la masa de CHARTEK™ IV necesaria para revestir una columna de prueba idéntica, también hasta una profundidad de 15 mm.

A continuación, se probó la resistencia al fuego de hidrocarburos de las columnas C_{C4} y C_{C7}en un horno, en el Warrington Fire Research Center Ltd., Warrington, Reino Unido. El test de resistencia al fuego se llevó a cabo de acuerdo con el requisito de la curva de fuego del Norwegian Petroleum Institute de que la temperatura del horno alcance 1100ºC en aproximadamente 20 minutos y que la temperatura del horno permanezca a aproximadamente 1100ºC durante la duración del test. Durante el test, los revestimientos empezaron a intumescerse o hincharse mientras se estaban calentando y continuaron intumesciéndose hasta que la temperatura del acero fue de aproximadamente 350ºC.

Los resultados de este test de resistencia al fuego se proporcionan en la figura 1. Estos resultados muestran que un espesor igual, aunque una masa más pequeña, del revestimiento intumescente de baja densidad de la presente invención (CHARTEK™ VII), que tiene una formulación que es de manera general equivalente a CHARTEK™ IV, fue igualmente tan eficaz en aislar de altas temperaturas una viga en I de acero, como lo fue un espesor igual, pero una masa mayor, de CHARTEK™ IV. Por lo tanto, un revestimiento de CHARTEK™ VII proporcionó igual aislamiento de la columna de prueba de acero de una fuente de calor externa (el horno), que lo hizo el revestimiento de CHARTEK™ IV, aunque añadiendo un 20% menos de peso de revestimiento a la columna de prueba que CHARTEK™ IV.

Ejemplo 7 Comparación de los pesos de protección de revestimientos intumescentes

Se revistieron componentes de acero equivalentes que tenían diferentes formas y tamaños estructurales, y que tenían pesos (Hp/A) que variaban de 30 por metro (para componentes grandes) a 250 por metro (para componentes pequeños), con bien CHARTEK™ IV o bien CHARTEK™ VII. Estos componentes revestidos se sometieron luego a tests de resistencia al fuego de hidrocarburos, según se ha descrito en el ejemplo 6, para determinar el peso de protección de revestimiento (kg de revestimiento/m^{2} de área superficial) necesario para limitar la temperatura del acero a 400ºC durante tests de duración de 1 hora, 2 horas y 3 horas. Los resultados de estos tests se dan en la tabla siguiente.

1

Estos resultados de los tests prueban que considerablemente menos masa del revestimiento CHARTEK™ VII de la presente invención proporciona una resistencia térmica (aislamiento) equivalente al de un revestimiento de mayor peso de CHARTEK™ IV para componentes de acero de diversas formas y tamaños.

Claims

1. Un revestimiento intumescente, de base epoxi y de baja densidad, resistente al fuego, que tiene una densidad menor de 1,10 g/cm^{3}, que comprende:

a): al menos una resina epoxi curada;

b): partículas diminutas de sílice de pirólisis;

c): al menos un agente formador de capa carbonizada que comprende un retardante de la llama que contiene fósforo;

d): al menos un agente formador de capa carbonizada que comprende un retardante de la llama que contiene isocianurato;

e): al menos un espumógeno;

en el que un componente presente en el revestimiento puede servir para más de una función.

2. Un revestimiento intumescente de baja densidad según la reivindicación 1, que tiene una densidad de menos de 1,00 g/cm^{3}.

3. Un revestimiento intumescente de baja densidad según la reivindicación 1 ó 2, estando dicho revestimiento libre de halógenos.

4. Un revestimiento intumescente de baja densidad según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios para reforzar el revestimiento intumescente, los cuales están dispuestos dentro de dicho revestimiento.

5. Un revestimiento intumescente de baja densidad según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además al menos un tipo de gas dispersado en él.

6. Un revestimiento intumescente de baja densidad según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, habiendo sido tratada la sílice de pirólisis con aceite de polidimetilsiloxano.

7. Una masilla intumescente, resistente al fuego, usada para formar sobre un sustrato un revestimiento resistente al fuego, de baja densidad, que tiene una densidad menor de 1,10 g/cm^{3}, que comprende:

a): al menos una resina epoxi;

b): al menos un agente de curado epoxi;

c): partículas diminutas de sílice de pisólisis;

d): al menos un agente formador de capa carbonizada que comprende un retardante de la llama que contiene fósforo;

e): al menos un agente formador de capa carbonizada que comprende un retardante de la llama que contiene isocianurato; y

f): al menos un espumógeno;

en el que un componente presente en la masilla puede servir para más de una función.

8. Una masilla intumescente de la reivindicación 7, que comprende además partículas de vidrio expandido y fibras que contienen sílice.

9. Una masilla intumescente de la reivindicación 7, que comprende además al menos un gas dispersado en ella.

10. Un método para formar un revestimiento intumescente, resistente al fuego, de baja densidad, que tiene una densidad menor de 1,10 g/cm^{3}, que comprende:

a) formar una masilla intumescente de base epoxi, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9; y

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b) pulverizar la masilla sobre al menos una superficie de un sustrato, para formar un revestimiento de masilla de baja densidad sobre dicha superficie, tras lo cual dicho revestimiento de masilla se cura luego para formar un revestimiento intumescente, de baja densidad, resistente al fuego.