COMPOSICIÓN QUÍMICA RETARDADORA DEL FUEGO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención Esta invención se refiere a las composiciones químicas con propiedades retardadoras del fuego y de manera más particular a composiciones que pueden aplicarse a textiles u otros materiales.
Descripción del Arte Relacionado Las regulaciones de seguridad contra incendios para los artículos finales de consumo y de otros tipos han provocado que muchos fabricantes produzcan sus artículos con propiedades retardadoras del fuego. En los esfuerzos para cumplir estas regulaciones, muchos fabricantes aplican composiciones químicas retardadoras del fuego a sus artículos. Desafortunadamente, muchas composiciones químicas retardadoras del fuego son conocidas por contener ingredientes que pueden ser tóxicos para los humanos y el medio ambiente. Las composiciones resistentes al fuego dañinas incluyen aquellas que están halogenadas, particularmente aquellas con los halógenos cloruro y bromuro. Los retardadores del fuego
de bromuro (BFRs, por sus siglas en inglés) y los retardadores del fuego de cloruro (CFRs, por sus siglas en inglés) se han usado durante 30 años, y estudios recientes indican que los niveles de estas sustancias dentro del cuerpo de los seres humanos están creciendo rápidamente. Debido a que se han realizado más pruebas en los BFRs, son más conocidos los efectos dañinos de los BFRs. Estudios sugieren que los BFRs pueden estar unidos a la inmuno-supresión, el cáncer, el malfuncionamiento endocrino, y los efectos en la conducta nerviosa y el desarrollo. Los BFRs se usan ampliamente en los productos finales de consumo, especialmente en los plásticos para los artículos electrónicos, espumas y textiles. También se espera que los CFRs que son usados en los textiles, pinturas y recubrimientos, plásticos y espumas aislantes, provoquen un daño a los humanos y el medio ambiente. Se necesitan retardadores del fuego no halogenados para reducir y/o eliminar el uso de los BFRs y CFRs. Particularmente, existe la necesidad de retardadores del fuego que no dañen a los humanos o al medio ambiente .
Breve Descripción de la Invención En algunas modalidades, se provee una composición que confiere un retardo al fuego que incluye un fosfato de
amonio, una fuente de ión de citrato, y una fuente de ión de benzoato. En algunas modalidades, la composición incluye adicionalmente un solvente acuoso. Preferentemente, la fuente del ión de citrato es ácido cítrico y/o la fuente del ión de benzoato es benzoato de sodio. En algunas modalidades, la composición está hecha de 1 parte de la fuente del ión de citrato con 12.7 a 20 partes de fosfato de amonio con 0.8 a 2.2 partes de la fuente del ión de benzoato. En algunas modalidades, la composición es un líquido, pero se contempla que la invención puede tomar una forma granulada o sólida. En algunas modalidades, la composición tiene un valor del pH dentro del rango de alrededor de 4 a alrededor de 6. Preferentemente, la fuente del ión de citrato se añade a la composición en una cantidad que resulta en un valor del pH dentro de este rango de pH. En algunas modalidades, el material básico se añade a la composición en una cantidad que logra un valor del pH dentro de este rango de valores del pH.
En algunas modalidades, se proporciona un método que otorga el retardo al fuego a un material que incluye la aplicación del compuesto a un material, y la composición incluye fosfato de amonio, una fuente de ión de citrato, y una fuente de ión de benzoato. Preferentemente, la composición aplicada con este método incluye 1 parte de la
fuente del ión de citrato con 12.7 a 20 partes de fosfato de amonio con 0.8 a 2.2 partes de la fuente del ión de benzoato. En algunas modalidades, la composición es pulverizada sobre un material. En otras modalidades, el material es colocado dentro de la composición. En algunas modalidades, se suministra un método para la fabricación de una composición retardadora del fuego en la que se disuelve una composición que incluye fosfato de amonio, una fuente de ión de citrato, y una fuente de ión de benzoato en un solvente acuoso. Preferentemente, el fosfato de amonio se disuelve en el solvente acuoso para formar una solución, y entonces el ácido cítrico y el benzoato de sodio se vierten en la solución. En algunas modalidades, se provee una composición que consiste esencialmente en fosfato de amonio, ácido cítrico, y benzoato de sodio. En algunas modalidades, la composición incluye adicionalmente un solvente acuoso. DESCRIPCIOND ETALLADA DE LA INVENCIÓN
En la siguiente descripción, con propósitos de explicación, se establecen varios detalles específicos para proporcionar un completo entendimiento de la presente invención. Sin embargo, como será evidente para alguien con habilidad en el arte, las modalidades ejemplares pueden ser
practicadas sin estos detalles específicos. Aunque las siguientes modalidades se describen con relación a los ejemplos específicos, el artesano habilidoso reconocerá que ningún elemento de las modalidades descritas es necesario para la práctica exitosa de la invención, y que la invención puede ser practicada con varias otras combinaciones allende de aquellas que son descritas. Algunas modalidades de la invención proporcionan una composición química que puede ser usada como un retardador del fuego. En una modalidad preferida, la composición química se aplica a una superficie de un material para proveer propiedades de resistencia al fuego al objeto. No existen límites para el material al cual se aplica la composición. En algunas modalidades, la composición puede ser aplicada a cuero, muebles, plásticos, aislantes, madera, vestido (especialmente la ropa de noche de los niños) , o cualquier otro material. La propiedad inflamable de las telas las hace un material especialmente apropiado. También se contempla que la composición podría ser usada en otras aplicaciones para prevenir y/o suprimir el fuego. Por ejemplo, se considera que la composición también puede ser usada para suprimir incendios, tales como los incendios de autos, los incendios de casas y los incendios de bosques. Algunas modalidades de la invención proporcionan una
composición que incluye una mezcla de ingredientes que no son dañinos para los humanos y que preferentemente no contienen halógenos. De manera preferible, la invención incluye componentes que aparecen de manera natural en los alimentos o en el cuerpo. En algunas modalidades, los únicos efectos en la salud encontrados en los ingredientes individuales son de irritación en el ojo, si el producto entra en contacto accidental con los ojos. Preferiblemente, el efecto de irritación en el ojo es menor que aquel de la sal (cloruro de sodio), de los limones naturales y/o del jugo de frutas. En algunas modalidades, la invención proporciona una composición que incluye una mezcla de ingredientes que no son dañinos para el ambiente. Preferentemente, la invención proporciona una composición que no es grasosa y que no emite un olor desagradable cuando se aplica a los materiales. En algunas modalidades, los ingredientes de la composición incluyen un material que contiene fósforo, un material ácido, y un material que funciona como un conservador. En algunas modalidades, la composición incluye adicionalmente un solvente acuoso y los otros ingredientes de la composición se disuelven en el solvente acuoso. El solvente acuoso puede ser cualquier tipo de solvente que incluye agua. Por ejemplo, la solución acuosa puede ser agua corriente o agua destilada. Para aquellas modalidades que
incluyen un solvente acuoso, preferiblemente el solvente compone entre alrededor del 55% y alrededor del 95% de la composición. De manera más preferible, el solvente acuoso compone alrededor del 72% al 88% de agua, y de la manera más preferible compone alrededor del 78% a alrededor del 82% de la composición. En algunas modalidades de la invención, el material que contiene fósforo es un compuesto de fosfato, tal como el fosfato de amonio (CAS no. 10124-31-9) , aunque pueden ser usados otros tipos de fosfatos, tales como el fosfato de potasio o de sodio. De este modo, se contempla que cualquier tipo de compuesto de fosfato puede ser usado. Una modalidad preferida de la invención incluye fosfato de amonio dibásico (CAS no. 7783-28-0) . Sin embargo, se contempla que puedan ser utilizadas otras formas de fosfato de amonio, tales como el fosfato de amonio monobásico (CAS no. 7722-76-1), el polifosfato de amonio, o algún otro tipo de compuesto de fosfato de amonio. La estructura química del fosfato de amonio dibásico lo hace un ingrediente especialmente apropiado para algunas modalidades de la invención. Aunque puede incluirse un amplio rango de concentraciones de fosfato de amonio, el fosfato de amonio dibásico compone de manera preferible alrededor del 2% a alrededor del 30% de la composición, cuando también está presente un solvente acuoso
en la composición. De manera más preferible, el fosfato de amonio dibásico compone alrededor del 9% a alrededor del 23% de la composición, y de la manera más preferible, compone alrededor del 14% al 18% de la composición. Se contempla que estos rangos pueden variar dependiendo del tipo de material usado que contenga al fosfato. En algunas modalidades de la invención, un ingrediente de la invención es un material ácido. Preferiblemente, se incluye el material ácido para regular el nivel del pH de la invención, de modo que se mejoren las propiedades retardadoras del fuego del fosfato de amonio. Aunque el pH puede variar entre un amplio rango, el pH de la composición se mantiene preferiblemente dentro del rango de pH de alrededor de 5 a 9, más preferiblemente alrededor de 6.5 a 75. En algunas modalidades, el pH se encuentra alrededor de 7. El material ácido puede ser de cualquier tipo. Por ejemplo, el ácido acético (CAS no. 64-19-7) puede ser usado para regular el nivel de pH, o cantidades menores de ácidos más potentes (es decir, ácido hidroclorhídrico (CAS no. 7647-01-0)) también pueden ser eficaces. En algunas modalidades, el material ácido es un carboxilato. Preferiblemente, se usa un carboxilato que proporcione una fuente de ión de citrato. El pH también puede ser ajustado mediante el uso de sales de fosfato apropiadas, o por medio de la adición de pequeñas
cantidades de ácidos fuertes, tal como el HC1 , o bases fuertes, tal como el NaOH. El ácido cítrico puede ser un material especialmente apropiado, ya que es un ácido relativamente noble que puede interesar al público consumidor, a los inspectores de gobierno, o a cualquiera otro que tenga razones para revisar los ingredientes de la invención. La cantidad de material ácido dependerá del tipo de material ácido usado y puede variar en un amplio rango. Preferiblemente, el ácido cítrico compone alrededor del 0.25% a alrededor del 4% de la composición cuando también está presente un solvente acuoso en la composición. Más preferiblemente, el ácido cítrico compone alrededor del 0.75% a alrededor del 2% de la composición, y de la manera más preferible, compone alrededor del 0.9 al 1% de la composición. Se contempla que estos rangos pueden variar dependiendo del tipo de material ácido utilizado . En algunas modalidades de la invención, se añade un material conservador para -prevenir el crecimiento de bacterias o moho durante el transporte y/o el almacenamiento de la composición. Cualquier conservador apropiado puede ser usado para servir este propósito. Preferiblemente, el material conservador suministra una fuente de ión de benzoato. En algunas modalidades, la fuente del ión de
benzoato es un ácido benzoico, y el benzoato de sodio es la elección preferida. El benzoato de sodio puede ser especialmente apropiado, ya que es un conservador que aparece de manera natural que puede interesar al público consumidor, a los inspectores de gobierno, o a cualquiera otro que tenga razones para revisar los ingredientes de la invención. En una modalidad alternativa, puede ser usado el Bronopol (CAS no. 52-51-7) como el material conservador. Preferiblemente, el material conservador se añade en una cantidad suficiente para inhibir el crecimiento de bacterias y moho en la composición durante un periodo de tiempo deseado. En modalidades en las que se usa el benzoato de sodio, la cantidad puede variar entre un amplio rango, pero preferiblemente, el benzoato de sodio compone alrededor del 0.25% a alrededor del 7% de la composición cuando un solvente acuoso también está presente en la composición. Más preferiblemente, el benzoato de sodio compone alrededor del 0.75% a alrededor del 4% de la composición, y de la manera más preferible, compone alrededor del 0.9% al 2% de la composición. También se contempla que estos rangos pueden variar dependiendo del tipo de material conservador que se utilice. De manera benéfica, el benzoato de sodio en un rango de entre alrededor del 0.9% y el 2% elimina todas las bacterias y el moho durante por lo menos un año para una
composición que se almacena a temperatura ambiente y en un contenedor cerrado . En algunas modalidades, la composición toma la forma de un líquido o un sólido. En una modalidad preferida, la composición de forma líquida incluye un solvente acuoso. La composición también puede tener una forma granulada o sólida. Preferiblemente, la composición está en una forma líquida cuando es usada. Sin embargo, puede añadirse un solvente acuoso a la composición en cualquier fase, incluyendo el momento posterior a que la composición se adquiera por un consumidor. En algunas modalidades, la relación entre el fosfato de amonio dibásico, el ácido cítrico y el benzoato de sodio no se afecta por la forma de la composición. Preferiblemente, la relación entre estos ingredientes es de alrededor de 1 parte de ácido cítrico con alrededor de 12.7 a 20 partes de fosfato de amonio dibásico con alrededor de 0.8 a 2.2 partes de benzoato de sodio. Pruebas han mostrado que la composición es especialmente efectiva cuando los ingredientes son combinados dentro de estos rangos de relaciones. Sin embargo, la composición puede retardar de manera efectiva al fuego cuando se utilizan otras relaciones entre estos ingredientes. Los ingredientes pueden ser combinados de cualquier manera apropiada para producir la composición. Un ejemplo de
una manera en la cual pueden ser combinados los ingredientes, para una composición que incluye un solvente acuoso, será descrito a continuación. De manera aproximada, el 50% del solvente acuoso puede ser vaciado a una caldera u otro contenedor de tamaño apropiado. El fosfato de amonio dibásico puede ser añadido mientras se agita rápidamente, y la agitación puede continuar durante alrededor de 10 a 15 minutos hasta que el fosfato de amonio dibásico se disuelva completamente. Entonces, el ácido cítrico puede ser añadido mientras se continua la agitación rápida durante alrededor de 5 minutos . El benzoato de sodio puede ser añadido entonces mientras se continua agitando rápidamente durante alrededor de otros 5 minutos hasta que el líquido se aclara. El restante 50% del solvente acuoso puede ser añadido entonces, mientras se continua agitando la solución durante aproximadamente 5 minutos adicionales. Idealmente, la composición será clara, y los ingredientes serán disueltos completamente sin ninguna traza visible de material sólido. Este es sólo un ejemplo de la manera en que pueden ser combinados los ingredientes, y será aparente para alguien con habilidad en el arte que existen varios otros métodos de mezclado que pueden ser usados. Un ejemplo de una manera en la que los ingredientes pueden ser combinados para una composición que, por lo menos
inicialmente , no incluye un solvente acuoso, será descrita a continuación. El fosfato de amonio dibásico puede ser vertido en cualquier tipo convencional de mezclador de polvo y mezclarse hasta que se disuelvan los gránulos. Entonces, puede ser añadido el ácido cítrico y mezclado en el mezclador de polvo hasta que todos los gránulos se disuelvan y los ingredientes se encuentren completamente mezclado entre sí. A continuación, puede ser añadido el benzoato de sodio dibásico y mezclado en el mezclador de polvo hasta que todos los gránulos se disuelvan y todos los ingredientes se encuentren totalmente mezclados entre sí. Ahora, la composición puede ser vendida o almacenada en esta forma granular o en polvo . En cualquier momento deseado, la mezcla granulada o en polvo puede ser disuelva en un solvente acuoso. La solución puede ser mezclada hasta que la mezcla de polvo granular se disuelva, no contenga gránulos o trazas visibles de material sólido, y la solución se aclare. La composición puede ser usada en varios tipos de condiciones, pero algunas condiciones pueden hacer especialmente efectiva la composición. Por ejemplo, ha comprobado ser efectiva la aplicación de la composición a materiales secos en temperaturas de 10 grados Celsius o más. Sin embargo, la composición es efectiva cuando se aplica bajo condiciones alternativas. En una modalidad, la composición
puede ser aplicada al ser pulverizada sobre un material seco o sumergiendo un material seco dentro de la composición. Preferiblemente, el material debe dejarse secar después de saturarse con la composición. Esto sólo proporciona un ejemplo de la manera en que la composición puede ser usada y no debe ser interpretado como una limitante de la invención.
Aunque esta invención ha sido descrita en el contexto de ciertas modalidades y ejemplos preferidos, se entenderá por aquellos con habilidad en el arte que la presente invención se extiende más allá de las modalidades específicas descritas aquí hasta otras modalidades alternativas y/o usos de la invención y las modificaciones obvias y equivalentes de esta. De este modo, se considera que el enfoque de la presente invención aquí descrita no debe estar limitado por las modalidades particulares descritas anteriormente.