Verwoestende branden in woningen en bosbranden eisen een verschrikkelijke tol in termen van doden en gewonden, evenals verlies van eigendommen. Vandaag zullen onderzoekers rapporteren over een nieuw type coating dat de ontvlambaarheid van hout dat in de bouw wordt gebruikt, kan beperken, waardoor er mogelijk meer tijd is om aan branden te ontsnappen en ook de verspreiding ervan kan worden beperkt. De milieuvriendelijke vlamvertrager kan ook worden gebruikt voor andere brandbare materialen, zoals textiel, polyurethaanschuim en 3D-geprinte onderdelen.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de voorjaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

Volgens de National Fire Protection Association zijn huisbranden verantwoordelijk voor de meerderheid van de dodelijke slachtoffers door brand en leiden ze elk jaar tot miljarden dollars aan materiële schade. Het toevoegen van sprinklers en rookmelders kan helpen, maar een andere aanpak is om bouwmaterialen minder brandbaar te maken. Dat is het doel van Thomas Kolibaba, Ph.D., die een nieuwe coating voor deze materialen ontwikkelt. "Dit type behandeling, dat kan worden afgezet via dompelen, spuiten of drukbehandeling, zou huizen veel veiliger kunnen maken", zegt hij. "De coating zou de verspreiding van vlammen en rookproductie kunnen verminderen, wat de schade zou kunnen beperken en mensen meer tijd zou kunnen geven om te evacueren." In tegenstelling tot de meeste huidige brandvertragende behandelingen, zijn de ingrediënten milieuvriendelijk en kunnen ze ook minder kosten, merkt Jaime Grunlan, Ph.D., de hoofdonderzoeker van het project, op.

Kolibaba voerde het onderzoek uit als afgestudeerde student en postdoc in het laboratorium van Grunlan aan de Texas A&M University, voortbouwend op de polyelektrolytcoatingtechnologie die in 2009 door de groep werd uitgevonden en later door andere onderzoekers werd uitgebreid. De meeste van deze coatings worden gevormd door stof of andere items te dompelen in een oplossing die één polymeer bevat met veel positieve ladingen erop, gevolgd door een dompeling in een andere oplossing die een polymeer met veel negatieve ladingen bevat, en dan deze stappen te herhalen om de gewenste dikte. De tegengestelde ladingen trekken de polyelektrolytmoleculen in de afwisselende lagen samen tot complexen op het oppervlak van het item, waardoor een coating wordt gevormd die een vlam kan doven.

Kolibaba wilde deze behandeling uitbreiden naar hout, maar het meerstapsproces was niet haalbaar voor fabrikanten omdat hout te lang duurt om deze chemicaliën op te nemen. Door verder onderzoek paste hij een andere Grunlan-techniek aan, waardoor het aantal stappen werd teruggebracht tot twee:een dip om het hout te coaten, gevolgd door een dip in een andere oplossing om de coating uit te harden door de pH te veranderen. Maar die tweede oplossing werd steeds een plakkerige puinhoop, dus het gestroomlijnde proces was nog steeds niet geschikt voor industriële of consumententoepassingen.

In de laatste wijziging, die zal worden gepresenteerd op ACS Spring 2022, heeft Kolibaba dat probleem overwonnen met een procedure die volgens hem gemakkelijk zou zijn voor de industrie of de consument. Hij doopte triplex in een waterige oplossing met daarin het positief geladen polymeer polyethyleenimine (PEI), het monomeer hydroxyethylmethacrylaatfosfaat (HMP) en een foto-initiator die bekend staat als TPO. In plaats van het hout in een tweede oplossing te dompelen om uit te harden, stelde hij het een paar minuten bloot aan ultraviolet (UV) licht. Dat zorgde ervoor dat TPO het HMP veranderde in een negatief geladen polymeer, dat vervolgens een polyelektrolytcomplex vormde met PEI. De resulterende coating was transparant en slechts een paar micrometer dik, dus het veranderde het uiterlijk van het hout niet en voegde slechts een klein beetje toe aan het gewicht.

Bij laboratoriumvlamtests verlaagde het behandelde hout de hoeveelheid warmte die vrijkwam tijdens het branden en vormde het snel een oppervlaktelaag van verkoold hout die het onderliggende hout beschermde - eigenschappen die brandschade en -uitbreiding konden beperken. "Het verminderde ook de rookproductie met 56%, een ongewoon grote mate", zegt Kolibaba. In tegenstelling tot de eerdere coatings van het team, die bij elkaar worden gehouden door ionische bindingen, is deze covalent gebonden. Grunlan verwacht dus dat het waterafstotend is - en dus duurzaam - en mogelijk ook waterafstotend en schimmelwerend.

Industriële gebruikers zouden constructiematerialen kunnen coaten, zoals houten stijlen en andere lijsten, of georiënteerde strandplaat (een soort bewerkt hout vergelijkbaar met spaanplaat). Huiseigenaren zouden een rugzaksproeier kunnen gebruiken om bestaande constructies zoals hekken of schuren te beschermen, waarvan is aangetoond dat ze bosbranden verspreiden, zegt Kolibaba. Andere mogelijke toepassingen zijn textiel en polyurethaanschuim voor kleding, woninginrichting en de automobiel- en luchtvaartsector, zegt Grunlan. De UV-uithardbare polyelektrolyten kunnen ook worden gebruikt als hars om 3D-geprinte onderdelen te maken, die ontvlambaar zijn als ze met conventionele harsen worden gemaakt, voegt Kolibaba eraan toe. Dat zou met name gunstig kunnen zijn in ruimtevaartomgevingen, zoals het internationale ruimtestation, merkt hij op. + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen brandvertragende coating met hernieuwbare materialen