Gør trækonstruktionsmaterialer brandsikre med en miljøvenlig belægning

Ødelæggende boligbrande og skovbrande tager en frygtelig vejafgift i form af dødsfald og kvæstelser samt tab af ejendom. I dag vil forskere rapportere om en ny type belægning, der kan begrænse brændbarheden af ​​træ, der bruges i byggeriet, hvilket potentielt giver mere tid til at undslippe brande og også bremse deres spredning. Den miljøvenlige flammehæmmer kan også bruges til andre brændbare materialer, såsom tekstiler, polyurethanskum og 3-D-printede dele.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på forårsmødet i American Chemical Society (ACS).

Hjemmebrande tegner sig for størstedelen af ​​branddødsfald og fører til skader på milliarder af dollars hvert år, ifølge National Fire Protection Association. Tilføjelse af brandsprinklere og røgdetektorer kan hjælpe, men en anden tilgang er at gøre byggematerialer mindre brandfarlige. Det er målet for Thomas Kolibaba, Ph.D., som er ved at udvikle en ny belægning til disse materialer. "Denne type behandling, som kunne deponeres via dypning, sprøjtning eller trykbehandling, kunne gøre hjemmene meget mere sikre," siger han. "Belægningen kan reducere flammespredning og røgproduktion, hvilket kan begrænse skader og give folk mere tid til at evakuere." I modsætning til de fleste nuværende brandhæmmende behandlinger er dets ingredienser miljøvenlige, og det kan også koste mindre, bemærker Jaime Grunlan, Ph.D., projektets hovedefterforsker.

Kolibaba udførte forskningen som kandidatstuderende og postdoc i Grunlans laboratorium ved Texas A&M University, baseret på polyelektrolytbelægningsteknologi opfundet af gruppen i 2009 og senere udvidet af andre forskere. De fleste af disse belægninger er dannet ved at dyppe stof eller andre genstande i en opløsning, der indeholder en polymer med masser af positive ladninger på, efterfulgt af et dyp i en anden opløsning, der indeholder en polymer med mange negative ladninger, og derefter gentage disse trin for at nå ønsket tykkelse. De modstående ladninger trækker polyelektrolytmolekylerne i de vekslende lag sammen til komplekser på emnets overflade og danner en belægning, der kan slukke en flamme.

Kolibaba ønskede at udvide denne behandling til træ, men flertrinsprocessen var ikke mulig for producenterne, fordi træ tager for lang tid at opsuge disse kemikalier. Gennem yderligere forskning tilpassede han en anden Grunlan-teknik og reducerede derved antallet af trin til to:en dyk til at belægge træet, efterfulgt af en dypning i en anden opløsning for at hærde belægningen ved at ændre pH. Men den anden løsning blev ved med at blive til et klæbrigt rod, så den strømlinede proces var stadig ikke praktisk til industrielle eller forbrugeranvendelser.

I den seneste ændring, som vil blive præsenteret på ACS forår 2022, overvandt Kolibaba dette problem med en procedure, som han siger, ville være let for industrien eller forbrugerne at vedtage. Han dyppede krydsfiner i en vandig opløsning indeholdende den positivt ladede polymer polyethylenimin (PEI), monomeren hydroxyethylmethacrylatphosphat (HMP) og en fotoinitiator kendt som TPO. I stedet for at dyppe træet i en anden opløsning for at hærde, udsatte han det for ultraviolet (UV) lys i et par minutter. Det fik TPO til at omdanne HMP til en negativt ladet polymer, som derefter dannede et polyelektrolytkompleks med PEI. Den resulterende belægning var gennemsigtig og kun et par mikrometer tyk, så den ændrede ikke træets udseende og øgede kun en smule dets vægt.

I laboratorieflammetests sænkede det behandlede træ mængden af ​​frigivet varme under afbrændingen og dannede hurtigt et overfladelag af forkullet træ, der beskyttede det underliggende træ - egenskaber, der kunne begrænse brandskader og spredning. "Det reducerede også røgproduktionen med 56%, en usædvanlig stor grad," siger Kolibaba. I modsætning til holdets tidligere belægninger, som holdes sammen af ​​ionbindinger, er denne kovalent bundet. Så Grunlan forventer, at den er vandafvisende – og derfor holdbar – og muligvis også vandafvisende og svampedræbende.

Industrielle brugere kunne belægge byggematerialer, såsom trænitter og andre rammer, eller orienteret strengplade (en type konstrueret træ, der ligner spånplader). Husejere kunne bruge en rygsæksprøjte til at beskytte eksisterende strukturer såsom hegn eller lader, som har vist sig at udbrede skovbrande, siger Kolibaba. Andre potentielle anvendelser omfatter tekstiler og polyurethanskum til tøj, boligindretning og bil- og luftfartssektoren, siger Grunlan. De UV-hærdelige polyelektrolytter kan også bruges som en harpiks til at lave 3-D-printede dele, som er brandfarlige, når de fremstilles med konventionelle harpikser, tilføjer Kolibaba. Det kunne være særligt fordelagtigt i rumfartsmiljøer, såsom den internationale rumstation, bemærker han. + Udforsk yderligere

Forskere udvikler brandhæmmende belægninger med vedvarende materialer