Gel ignífugo para aplicaciones industriales.

El gel ignífugo objeto de la invención está basado en una formulación de acrilamida,

N,N' metilen-bis-acrilamida, sulfato doble de aluminio y potasio dodecahidratado, cloruro sódico, cloruro de magnesio, persulfato amónico y metabisulfito sódico. El gel obtenido está exento de ácido bórico y sales de amina, contiene hasta un 70% de agua y la adición de los iniciadores de la polimerización se puede ajustar para que pueda conformarse el interior de los paneles de cualquier tipo de material de construcción mientras que la mezcla se mantiene fluida y no ha avanzado considerablemente el proceso de polimerización.

Gel ignífugo para aplicaciones industriales.

La presente invención hace referencia a la formulación de un gel de poliacrilamida de propiedades resistentes al fuego para su utilización como relleno en diversos materiales y elementos de construcción que están sujetos al cumplimiento de normativa específica al respecto.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico de fabricación de plásticos técnicos.

Estado de la técnica

El empleo de geles hidratados como material de relleno de paneles para la construcción resistentes al fuego es una práctica sobradamente conocida para los elementos de construcción que deben cumplir determinados requisitos de resistencia al fuego. Ejemplos de estas aplicaciones se recogen en los documentos de patente US5543230 y CN101279822. La estructura tridimensional del gel puede estar basada en silicatos de metales alcalinos o en polímeros orgánicos, presentando diversas propiedades de fluidez y condiciones de producción de los mismos (temperaturas y tiempos de gelificación). Los niveles de exigencia en lo que a resistencia al fuego se refiere, están aumentando de manera considerable como consecuencia de la aparición de nueva normativa al respecto, como es el caso de la norma UNE-EN 1449:2006. En ese sentido las limitaciones en su aplicación se deben a la presencia de metales alcalinos que favorecen que el gel se derrita a altas temperaturas junto a la pérdida de agua por evaporación del gel, lo que implica el desmoronamiento de la red polimérica.

Los geles de poliacrilamida fueron introducidos por Raymond y Weintraub en 1959. Estos geles se forman mediante la polimerización de acrilamida en una disolución de un pH determinado que contiene el monómero, iniciadores de la polimerización y aditivos que confieren un carácter específico a cada gel, como puede ser el ácido bórico, alcoholaminas o fosfatos alcalinos. La polimerización de la acrilamida por sí sola no origina un gel, sino una especie de goma que es una disolución muy viscosa de largas cadenas lineales de poliacrilamida. Para que se forme un gel propiamente dicho es necesario que se creen uniones covalentes entre esas cadenas; para ello se añade al medio una molécula capaz de formar puentes cruzados. La más utilizada es la N,N' metilen-bis-acrilamida (BIS), por su capacidad de integrarse simultáneamente en dos cadenas en crecimiento.

Resumen de la invención

El gel ignífugo objeto de la invención está basado en una formulación de acrilamida, N,N' metilen-bis-acrilamida, sulfato doble de aluminio y potasio dodecahidratado, cloruro sódico, cloruro de magnesio, persulfato amónico y metabisulfito sódico. El gel obtenido está exento de ácido bórico y sales de amina, contiene hasta un 70% de agua y la adición de los iniciadores de la polimerización se puede ajustar para que pueda conformarse el interior de los paneles de cualquier tipo de material de construcción mientras que la mezcla se mantiene fluida y no ha avanzado considerablemente el proceso de polimerización.

Descripción detallada de la invención

La fabricación del gel se realiza a temperatura ambiente (15-25ºC). En una primera etapa se disuelve en agua caliente (95ºC) el alumbre de potasio, añadiendo posteriormente la acrilamida y los cloruros de sodio y potasio en las siguientes proporciones de referencia:

1

El líquido formado, de color amarillo pálido, se debe remover y a continuación pasar por una tela filtrante para eliminar las impurezas. El líquido filtrado se debe dejar enfriar ligeramente, pero no por debajo de 50ºC porque posteriormente debe añadirse la N,N'-metilen-bis-acrilamida disuelta en caliente y podría cristalizar y no formar parte de la disolución final debido a su baja solubilidad en agua. El proceso de filtrado podría ser eliminado en caso de que las purezas de los reactivos fueran lo suficientemente elevadas.

En una segunda etapa se prepara el monómero N,N'-metilen-bis-acrilamida disolviéndolo en agua caliente (50ºC). La solubilidad a 18ºC del monómero es muy baja (1 g/L), lográndose disolver 20 g/L a 50ºC. Se añade la disolución de manera que la proporción monómero/acrilamida se mantenga en el rango 0.005-0.006 molar, removiendo enérgicamente para evitar que cristalice. Esta mezcla se puede almacenar durante meses sin que esté sometido a la luz.

El iniciador empleado para la polimerización es el persulfato amónico. Se prepara disolviendo 8 g. de (NH₄)₂S₂O₈ PRS en 100 mL de H₂O a temperatura ambiente. Como agente regulador del pH es necesario preparar una disolución de pirosulfito sódico, disolviendo 2 g de Na₂(S₂O₅) PRS en 100 mL de H₂O a temperatura ambiente. La dosificación de ambas disoluciones condiciona la velocidad de polimerización del gel y dependerá de la temperatura ambiente a que se esté realizando el proceso. Teóricamente se ha establecido una dosificación óptima para ambas disoluciones que oscila entre 0.5 y 1.5 mL/L disolución de acrilamida. La adición de ambos reactivos inicia el proceso irreversible de gelificación, el cual se puede monitorizar a través de la medida de la temperatura del gel.

El tipo de aplicación posterior del gel condiciona la elección exacta de las proporciones de iniciador con respecto al contenido en acrilamida del gel. El proceso de llenado de estos paneles resistentes al fuego (1) se debe comenzar con el gel justo después de haber añadido los iniciadores de la polimerización, de manera que la solidificación del gel se produzca en el interior de dicho panel. Así mismo, se debe realizar manteniendo flujo laminar a la entrada, evitando así la formación de burbujas en el interior, puesto que el oxígeno disuelto inhibe fuertemente la polimerización. La reacción de polimerización es exotérmica, y debe tenerse en cuenta que se realiza con contracción de volumen.

(1) Cualquiera que sea el material usado en dicho paneles (metal, madera, PVC, etc.), incluso vidrios formados por paneles vidriados.

Modos de realización de la invención

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante el siguiente ejemplo, el cual no pretende ser limitativo de su alcance.

Ejemplo 1

Fabricación de 100 g de gel

2

1. Gel ignífugo en base acrilamida de propiedades resistentes al fuego que comprende los siguientes ingredientes:

3

2. Gel ignífugo en base acrilamida que comprende en su formulación sulfato doble de aluminio y potasio dodecahidratado para conferir propiedades refractarias al mismo.

3. Gel ignífugo en base acrilamida que comprende en su formulación persulfato amónico como agente iniciador de la polimerización.