Estado del arte en la ignifugación de tejidos.

-- Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugaa6n de Tejidos ESTADO DEL ARTE EN LA IGN~FUGAC~ON DE TEJIDOS. Joaquim Detrell *) y Susana del Val **) 0.1 Resumen. Se realiza una reflexión sobre el estado actual de la técnica en el acabado ignifugo de tejidos, no tan sólo desde la perspectiva de la inflamabilidad, sino desde el concepto global de "Comportamiento al Fuego", que engloba tanto la reacción al fuego y frente a las diversas formas de propagación del calor, como la cuantificación de la adversidad de las atmósferas de combustión, exponiéndose una valoración objetiva de la eficacia de los productos comerciales que están a disposición del técnico acabador, en base a resultados que resumen estudios realizados por los autores, en los Últimos años. 0.2 Summary. STATE OF THE ART IN THE FABRIC IGNIFUGATION. A revision of the present situation of the techniques used in the finishing of fire-proof fabrics is made. The behaviour with the fire - including the reaction fire and the various forms of the heat propagation - and the quantification of the adversity of the combustion atmospheres is considered. An objective assesment of the efficiency of the commercial products available in the market is given; this evaluation is based on the results of a long experience of the authors on this matter. 0.3 Résumé. ETAT DE L'ART DANS L'IGNIFUGATION DES TISSUS On réalise une réflexion sur I'état actual de la technique dans le finissage igniguge de tissus, non seulement de la perspective de I'inflammabilité, mais aussi a partir du concept global de Comporternent au Feu, qui comprend la réaction au feu et aussi face aux diverses formes de propagation de la chaleur, aussi bien que la mesure de I'adversité des atmospheres de combustion; on expose une évaluation objective de I'efficacité des produits commercials qui sont a la disposition du technicien finisseur, en base a des résultats qui résument des études realisées par I'auteaur, et ses collaborateurs, dans les dernieres années. ) Dr. Ing. Joaquirn Detrell Casellas. Catedrático de Universidad de Ingeniería Textil en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Terrassa, y jefe del Laboratorio de "Tejidos de Punto y Especiales" de este Instituto. ") DQ Susana del Val. Licenciada en Química. Centro de Investigaciones Textiles del INTI. Argentina. BOL. INTEXTER. 1991, N9 100 99 Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugación de Tejidos La praxis del acabado ignífugo es, de por sí, problemática. La aportación de la característica ignífuga es, en general, en detrimento de otras prestaciones del tejido; ello, a diferencia de otros acabados más frecuentes, requiere una experimentación previa amplia y, por otra parte, la adecuada selección del producto ignifugante está estrechamente ligada a las caracteristicas de la normativa a cumplir, de tal manera que el comportamiento de un tejido con acabado ignífugo puede ser válido para una determinada solicitación requerida por la legislación de un país, y no aceptable para otro. Tal complejidad de factores hace que el industrial acabador tenga una cierta aprehensión hacia la impartición de esta característica de comportamiento de los tejidos. No obstante, la creciente exigencia de los consumidores y, especialmente, la progresiva aparición de normativas que obligan a un determinado comportamiento al fuego de los tejidos, ha acrecentado el mercado de los tejidos ignifugados, de tal manera que en USA el consumo de productos ignifugantes en 1990 supera las 300.000 toneladas y en Europa las 200.000. Asimismo, el consumo de tejidos para protección contra el fuego se estima, en USA, en unos 18 millones de metros cuadrados, de los que un 60% es algodón ignifugado: en Europa occidental el consumo de textiles para prendas de protección contra el fuego es de una magnitud análoga, con un predominio de algodón y lana con tratamiento ignífugo, y una espectacular tasa de crecimiento anual del consumo (1). 2. PARTE TEORICA 2.1 Compotamiento al fuego de las materias textiles No es la inflamabilidad, la única característica que debe ser considerada para establecer satisfactoriamente el comportamiento al fuego. o más correctamente de comportamiento al calor y las llamas, de los materiales textiles; otras prestaciones más generales de tipo físico o físico-químico y, especialmente, de comportamiento frente a las normas de propagación del calor, deben ser tambibn tenidas en cuenta junto a características de comportamiento habituales, tales como la resistencia a la rotura por tracción, a la abrasión, la hidrofilidad, la propensión a la electricidad estática, etc. (2). Supuesto que aquéllas son adecuadas, desde la perspectiva del comportamiento a la llama y al calor, y de su viabilidad, ésta se puede manifestar en múltiples acepciones: estabilidad a altas temperaturas sin encogimiento, resistencia y flexibilidad a altas temperaturas, confortabilidad si se llevan en contacto con 100 BOL. INTEXTER. 1991, NQ 100 Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Igniíugación de Tejidos la piel, disponibilidad en una variedad de colores, procesabilidad con la maquinaria textil usual y coste razonable, entre otras (3). Por el contrario, tales materias no deben ser inflamables o contribuir a la combustión, termofusibles, generadoras de humo o gases tóxicos en su eventual descomposic6n térmica, rápidas conductoras del calor, fácilmente degradables al uso por exposición a UV o a agentes químicos, intrínsecamente dañinas, etc. (4) Es decir, no existe un único factor que caracterice satisfactoriamente el comportamiento frente al calor y las llamas de las fibras. Las fibras no combustibles son a menudo inadecuadas por sus otras características, como el caso del amianto, o bien aunque técnicamente apropiadas, extremadamente caras, como algunas fibras sintéticas de reciente aparición; por contra, otras fibras más baratas y resistentes a la ignición no protegen contra el calor radiante (5). Todo ello va ligado a las exigencias de comportamiento al fuego de los materiales textiles que, en función de su utilización, cabe distinguir entre dos grandes sectores: - El de los textiles para decoración e interiorismo empleados en locales de pública concurrencia (cines, bares, discotecas, teatros, hospitales, escuelas, hoteles, etc.) o en medios de transporte público aéreo, terrestre o marítimo, en forma de moquetas, alfombras, cortinas, tapicerías, revestimientos murales, etc., o el de tales materiales empleados en uso doméstico en países con legislación sobre los mismos. - El sector de prendas de protección contra el calor y las llamas, que afecta no sólo al personal de los Cuerpos de Extinción de Incendios, sino a los obreros de los sectores metalúrgico, cerámica, vidrio, aluminio, etc., ejército y cuerpos para-militares, trabajadores de refinerías, pilotos de carreras, etc. y determinadas prendas de uso ordinario en países con legislación sobre el tema (6). Dado el gran número de fibras disponibles, la realización de una selección objetiva es problemática. Es, sin embargo, notorio que la fibra ideal no parece estar disponible todavía, y por tanto las discusiones sobre la mejor solución de compromiso siguen abiertas; en cualquier caso, frente a la contínua aparición de nuevas fibras sintéticas con elevadas prestaciones térmicas las fibras convencionales, especialmente las naturales - celulósicas y proteicas -, mantienen aún un amplio BOL. INTEXTER. 1991, N* 100 1 O1 Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugaci6n de Tejidos campo de posibilidades de utilización en función de la gama de tratamientos de acabado ignífugo disponibles para mejorar su comportamiento frente al calor y las llamas, y de sus habituales "características textiles", especialmente las vinculadas al confort, que son específicas de este tipo de fibras y que, en general, no son aportadas por las fibras "termo-resistentes" (7). 2.2 Ignifugacidn de las fibras convenclonales Desde esta perspectiva, la opción de aplicar un acabado ignífugo a las fibras convencionales sigue siendo no sólo válida, sino técnicamente interesante (8). En la conjunción de la obtención de una adecuada respuesta de reacción al fuego con un mínimo de alteración de sus características habituales, y a un precio razonable, se apoya la validez de los tratamientos ignífugos, cuyas posibilidades de aplicación son las siguientes (9): 2.21 Tejidos de algoddn y viscosa Como posibilidades comerciales de aplicación de acabados ignífugos permanentes a tejidos de fibras celulósicas (algodón y viscosa), cabe destacar, básicamente, las siguientes: - Pirovatex CP (Ciba-Geigy) Compuesto N-metilol dimetil de fosfopropianamida, reactivo con la celulosa. Actúa en la fase sólida provocando la deshidratación de la celulosa y conduciéndola rápidamente a estado carbonoso, por lo que limita la generación de compuestos volátiles inflamables. Se aplica por impregnación en medio ácido, 1 seguida de secado, condensación y lavado. - Proban (Albright & Wilson) Es un precondensado de THPC (Cloruro de tetrakis hidroximetil fosfonio), reactivo con la celulosa. Actúa también en la fase sólida generando, al igual que el anterior, ácido polifosfórico que actúa de catalizador de deshidratación de la celulosa. Se aplica por impregnación, precisando un tratamiento con amoníaco gaseoso para completar su fijación. 102 BOL. INTEXTER. 1991, NQ 100 Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugadón de Tejidos - Caliban FR P-44 (White Chernical Co.) Basado en un compuesto aromático bromado en dispersión acuosa con trióxido de antimonio, precisa la adición de un ligante para dar permanencia al tratamiento. Actúa en la fase gaseosa liberando radicales libres de bromo que reaccionan con los radicales hidroxilo y hidrógeno presentes en el entorno de la combustión, formando gases incombustibles que la detiene por asfixia. Se aplica por impregnación o recubrimiento. 2.22 Tejidos de lana - Zirpro (Puesto a punto por el IWS) Compuestos de titanio o circonio que forman un complejo con fijación sólida er: el interior de la fibra, y que por acción del calor tienden a hidrolizarse, actuando en la fase sólida con formación de un residuo carbonoso intumescente que ejerce como aislante térmico y evita la propagación de la llama. Pueden aplicarse después de la tintura o simultáneamente en aquella, en floca, hilo o pieza de tejido. 2.23 Tejidos de fibras sinteticas. - Caliban FR P-44 Sus características se han comentado anteriormente. - Amgard CU (Albright & Wilson) Compuesto órgano-fosforado que se aplica por fulardado, secado y condensado, con un porcentaje de fijación que no supera el 1,5%, por las características hidrofóbicas de la fibra. 2.24 Mezclas de fibras. - Caliban FR P-44 (Algodón / Polit5ster) De características y forma de aplicación ya comentadas. De entre todas las posibilidades de ignifugación existentes (lo), con mayor o menor grado de permanencia del acabado, cabe señalar que consideramos sólo interesantes las que aportan la caraterística ignífuga permanente al algodón o a la lana (Proban, Pirovatex y Caliban o Zirpro,respectivamente) o a una mezcla de BOL. INTEXTER. 1991, N* 100 103 Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugaci6n de Tejidos naturales con sintéticas (Caliban), toda vez que con independencia de su efectividad, la ignifugación de fibras sintéticas, y aún de la celulosa reprocesada, no nos merece atención existiendo ya en el mercado una amplia variedad de fibras de esta naturaleza con carácter ignífugo per se o incorporado en masa (1 1). 3. PLAN EXPERIMENTAL 3.1 Caracterlstlcas de los textiles utilizados. Los materiales textiles empleados, se referencian tal como se indica: A: Tejido de algodón 100%; sarga de 300 g/m2 para ropa de trabajo. B: Tejido de algodón 100%; sarga de 204 g/m2 para ropa de trabajo. C: Tejido de algodón 100%; tafetán de 147 g/m2 para ropa de trabajo. D: Tejido de poliéster 1 lino 1 Viscosa; tafetán de 214 g/m2 para cortinas. E: Tejido de poliéster (urdimbre) / Algodón (trama); tafetán de 102 g/m2 para cortinas. F: Tejido de lana 100%; sarga de 290 g/m2 para ropa de trabajo. G: Tejido de lana 100%; jacquard de 470 g/m2 para tapicería. H: Tejido de lana 100%; jacquard de 560 g/m2 para tapicería. 1: Moqueta de tipo Bruselas de lana 100% en el pelo y basamento de polipropileno, de 1.569 g/m2 totales y 756 g/ m2 de pelo. J: Moqueta de tipo Wilton de lana 100% en los bucles y basamento de polipropileno, de 2.598 g/m2 totales y 2.024 g/ m2 de pelo. 3.2 Calidad del ignifugado La calidad del acabado ignífugo cabe considerarla desde tres puntos de vista: el comportamiento del tejido frente al calor y las llamas o respuesta propia del tratamiento, la solidez o permanencia de este acabado frente a las operaciones de conservación y uso del tejido, y el mantenimiento, dentro de unos límites razonables, de características del tejido (1 2). 104 BOL. INTEXTER. 1991, NVOO Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugación de Tejidos 3.21 Comportamiento al fuego. Los métodos de ensayo utilizados son: - Reacción al Fuego: UNE 23.727 y complementarias o FTMS 5903 - Transmisión del calor por Convección: ASTM D 1374 Radición: BS 6492 Conducción: ISO 9185 - Adversidad de las atmósferas Opacidad de humos: ASTM E 662 Toxicidad de gases: AIRBUS 100.0001 3.22 Permanencia del efecto Ignlfugo. La evaluación de la fiabilidad de los tratamientos ignífugos, en cuanto al mantenimiento de tal característica, supone la exigencia de realizar ensayos de envejecimiento acelerado que reproduzcan las agresiones normales que en el uso habitual puede sufrir el material en cuestión y que pueden conducir, en algunos casos, a la disminución, o incluso, pérdida del efecto ignífugo, ya que el producto adicionado puede ser eliminado por arrastre en el lavado, aspiración o barrido, o puede ser alterado por deposición de productos como grasas e, incluso, desactivado por reacciones químicas, como en el caso de las aguas calcáreas sobre determinados fosfatos. En los resultados que se exponen, en cada caso, los materiales ensayados han sido sometidos previamente a envejecimientos acelerados adecuados al uso final del articulo, segun las estipulaciones de la NF 92 -51 2. 3.23 Mantenimiento del carácter "textil" El mantenimiento del carácter textil se considera desde la perspectiva de la conservación, dentro de unos limites aceptables, de los valores habituales de los parámetros que caracterizan a tales materiales, sean de tipo estructural (peso por metro cuadrado, color, etc.) o de comportamiento mecánico (resistencia a la tracción, abrasión, etc.), de uso y conservación (cayente, suavidad, solideces del color, permeabilidad al aire, hidrofilidad, etc.); en función del uso final del tejido, indumentaria o textil para el hogar, se han aplicado unos u otros criterios de valoración en los resultados que se exponen. BOL. INTEXTER. 1991, N* 100 Joaquim Debell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugaci6n de Tejidos 4. RESULTADOS Se resumen los resultados de diversos estudios sistemáticos realizados en instalaciones industriales para la comparación de posibles tratamientos de acabado ignífugo aplicables a un mismo tejido, o en instalaciones piloto para la optimización de formulaciones de acabado en diferentes artículos textiles para decoración e interiorismo, o prendas de protección. 4.1 Ensayos de lnflamabllldad en fibras celulósicas 4.11 Comparación del tejido A con Plrovatex, Galibán o Probán Los resultados expuestos en las tablas 1.1 y 1.2 corresponden a los obtenidos en tejidos aprestados con las respectivas formulaciones optimizadas mediante el análisis de resultados de planes factoriales de dos y tres variables, en un estudio industrial de acabado ignífugo de ropa de trabajo para el sector metalúrgico (13). Tabla 1.1 Reacción al Fuego (según UNE 23.723); mínimo exigido: M. 1 Tabla 1.2 Otras características de comportamiento ProbAn 3,2 no no no no 16 H. 1 Duracion de la inflanación (6) Caida de gotas inflamadas Laida de gotas no inflamadas Puntos de ignición persistentes Perforación de la probeta antes de 20 s. Longitud car bonlzada (cm) Calificacion de Reacción al Fuego i 106 BOL. INTEXTER. 1991, NQ 100 Aumento de peso (X) Aumento da rigidez (%) Variación de resistencia a tracoibn (X) Solidez a la luz (variaci6n) Solidez al frote: seco húmedo Cambio color (variación de AE) Pirovatex 3,5 no no no no 18 H. 1 Calibhn 4,2 no no no no 2 1 N. 1 Probán 4 8 - 16,6 = m 1.4 Pirovatex 5,4 30 - 13,S - 1 - 1,5 - 1 Le6 Calibhn 21 72 , + 4,6 - 1 - 1,5 - 1 7,l Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugaaón de Tejidos 4.12 Tejidos 6 y C con Plrovatex, Callbán o Callbsn + Plrovatex Los resultados expuestos en las Tablas 2.1 y 2.2 corresponden a las concentraciones óptimas de un estudio de laboratorio realizado según disefios centrales giratorios de experiencias con dos y tres variables, para el estudio de la sinergia entre compuestos fosforados y nitrogenados en un caso, y para la determinación del porcentaje mínimo de fósforo para eliminar la post-incandescencia del acabado ignífugo de fibras celulósicas con compuestos halogenados, en otro (14). Tabla 2.1 Reacción al Fuego (según UNE 23.723); mínimo exigido: M. 1 Perforación de la probeta antes de 20 s Tabla 2.2 Otras características de comportamiento 4.2 Ensayos de inflamabilidad en fibras protelcas 4.21 Tejido F con Zirpro Aumento de peso ir) Aumnto de rigidez (%) Variacion de resistencia a tracción (X) Solidez del color a la luz (variacion) Solidez del color al frote: seco húmedo Los resultados expuestos en las Tablas 3.1 corresponden a los óptimos de un estudio de laboratorio para el acabado ignífugo de un tejido de lana para prenda de protección en el sector metalúrgico (15). BOL. INTEXTER. 1991, NVOO 109 Pirovatex Caliban BC 19 36 -16 -1 - - - - - - Caliban t Pirovatex 15 31 -14 -1 ---- - ---- - 6C - - - - 32 48 t6 - - - - - - 6C 21 42 t4 - - - - - - Joaquim Detrell y Susana del Val - Estado del Arte en la Ignifugación de Tejidos habitualmente utilizadas (1 7). 5.2 lgnifugaclón de fibras proteicas El tratamiento Zirpro satisface, en general, las exigencias de calificación de Reacción al Fuego de los tejidos de lana, aportando un tejido cuyas caracteristicas de comportamiento satisfacen las necesidades de uso. En el caso de las moquetas, la adecuada selección de un ignífugo adicionado al basamento puede mejorar sensiblemente la calificaci6n del conjunto (18). Con respecto a la opacidad de los humos y toxicidad de los gases de combustión de los tejidos y moquetas de lana ignifugados con el tratamiento Zirpro, se cumplen las especificaciones establecidas en la normativa empleada para los gases analizados (17) y, en cualquier caso, con respecto a la opacidad de humos, se puede mejorar, si es preciso, su comportamiento mediante el tratamiento Zirpro "Low Smoke" (20). 5.3 Ignlfugación de mezclas Para el tratamiento de mezclas de tejidos celulósicos con poliéster, únicamente el producto Calibán aporta una solución aceptable, si bien deben tenerse en cuenta los aspectos anteriormente citados en cuanto a modificación de las características del tejido, especialmente en su masa laminar, rigidez y alteraciones del color (18). 6. CONCLUSIONES De la consideración de lo expuesto se concluye que: 6.1 Existen en el mercado múltiples soluciones comerciales para impartir un determinado nivel de ininflamabilidad a las fibras "nobles" (algodón y lana) que pueden ser aplicadas por los sistemas habituales de los tratamientos de ennoblecimiento de tejidos; tales acabados precisan, no obstante, de una adecuada selección del producto ignifugante. De entre las múltiples opciones existentes, únicamente las que garantizan su permanencia durante la vida Útil del tejido presentan interés técnico y son competitivas frente a la opción de las fibras termoresistentes. 6.2 La mínima alteración de las caracteristicas habituales en las fibras naturales y de sus tratamientos, es una condición técnica indispensable y, la única, que junto con el menor coste, justifica la utilización de textiles ignifugados en lugar de tejidos elaborados con materias ignífugas per se. 6.3 Ello requiere un estudio riguroso y sistemático de la formulación de acabado, 114 BOL. INTEXTER. 1991, N1 1QO Joaquim Oetrell y Susana del Val - Estado del Arte en la lgnifugauón de Tejidos de compatibilidad del ignifugante con otros productos adicionados, optirriizando la composición del baño de apresto de tal manera que las variaciones de tacto, pérdidas de resistencia, disminución de solideces, cambio de tono, etc, se minimicen, al tiempo que se optimiza la respuesta de Reacción al Fuego. De una manera general, para los productos utilizados, puede establecerse el cuadro comparativo siguiente: REACCI6N AL FUEGO l-- 1 SOLIDEZ AL LAVADO Aumento de peso Aumento de rigidez Permeabilidad al aire Carga de rotura Solidez del color a la - luz 6.4 En las aplicaciones de los tejidos para determinadas prendas de protección contra el calor y las llamas, las fibras naturales ignifugadas pueden aportar una buena, o incluso mejor, respuesta que algunas fibras termo-resistentes, con la ventaja añadida del mejor confort, debido a su hidrofilidad. Solidez del color al frote t / Variación del color O O 6.5 En la utilización de tejidos ignifugados como textiles para decoración e interiorismo, tal tratamiento no supone, necesariamente un aumento de la opacidad de los humos y la generación de gases tóxicos, manteniéndose dentro de los límites aceptables en las especificaciones más habituales. 7. AGRADECIMIENTOS / / O / Los autores agradecen a la Ingeniera Industrial Diía. Rosa MB Gardenyes, y a las Ingenieros Técnicos Dña. Conxa Bayó, Dña. Mayte Benito, Dña. María Cot, Dña. Ana Román y Diía. Montserrat Vilajoliu, su colaboración en la obtención de los resultados de los trabajos expuestos. / O (1) DETRELL, J., (1991) Textiles para protección contra el fuego. Ponencia. Jornada Técnica sobre Textiles para Protección. INTEXTEW RENFE. Terrassa, Marzo 1991. BOL. 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