Met een benadering die lijkt op het samenstellen van een clubsandwich op nanoschaal, Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) zijn erin geslaagd een uniform, meerwandige coating op basis van koolstof-nanobuizen die de ontvlambaarheid van schuim dat gewoonlijk wordt gebruikt in gestoffeerde meubels en andere stoffering aanzienlijk vermindert.

De ontvlambaarheid van het met nanobuisjes gecoate polyurethaanschuim was met 35 procent verminderd in vergelijking met onbehandeld schuim. Net zo belangrijk, de coating verhinderde het smelten en samenklonteren van het schuim, die extra vlammen genereert die een belangrijke bijdrage leveren aan de verspreiding van branden.

landelijk, branden waarbij gestoffeerde meubelen als eerste ontstoken zijn goed voor ongeveer 6, 700 woningbranden per jaar en resulteren in 480 burgerdoden, of bijna 20 procent van de sterfgevallen door woningbranden tussen 2006 en 2010, volgens de National Fire Protection Association.

De innovatieve NIST-techniek knijpt nanobuisjes tussen twee alledaagse polymeren en stapelt vier van deze drielagen op elkaar. Het resultaat is een plasticachtige coating die dunner is dan een honderdste van de diameter van mensenhaar en waarin vlamremmende nanobuisjes gelijkmatig zijn verdeeld.

Het geesteskind van NIST-materiaalwetenschappers Yeon Seok Kim en Rick Davis, de fabricagemethode wordt beschreven in het januari 2014 nummer van Thin Solid Films. Kim en Davis schrijven dat de techniek kan worden gebruikt met een verscheidenheid aan soorten nanodeeltjes om de kwaliteit van oppervlaktecoatings voor diverse toepassingen te verbeteren.

Het paar experimenteerde met verschillende laag-voor-laag coatingmethoden voordat ze tot hun triple-decker-aanpak kwamen. Ze hadden allemaal hun drie belangrijkste doelstellingen niet gehaald:volledige dekking van het poreuze oppervlak van het schuim, uniforme verdeling van de nanobuisjes, en de bruikbaarheid van de methode. In de meeste van deze proeven, de nanobuisjes - cilinders van koolstofatomen die lijken op rollen kippengaas - hechtten niet sterk aan het schuimoppervlak.

Dus, Kim en Davis kozen ervoor om de nanobuisjes zelf te behandelen, het lenen van een techniek die vaak in celcultuur wordt gebruikt om DNA-moleculen plakkeriger te maken. De methode hechtte stikstofbevattende moleculen, aminegroepen genaamd, aan de buitenkant van de nanobuisjes.

Deze stap bleek van cruciaal belang:de gemanipuleerde nanobuisjes waren uniform verdeeld en plakten stevig aan de polymeerlagen erboven en eronder. Als resultaat, de coating maakt volledig gebruik van het snelle warmteafvoerende vermogen van de nanobuisjes.

gram voor gram, de resulterende coating biedt een veel grotere weerstand tegen ontbranding en verbranding dan wordt bereikt met de broomhoudende vlamvertragers die tegenwoordig gewoonlijk worden gebruikt voor de behandeling van zachte meubels. Net zo belangrijk, zegt Davis, een "beschermende verkolingslaag" wordt gevormd wanneer het met nanobuisjes gecoate schuim wordt blootgesteld aan extreme hitte, het creëren van een barrière die de vorming van smeltbaden voorkomt.

"Dit soort technologie heeft het potentieel om de branddreiging die gepaard gaat met het verbranden van zacht meubilair in huizen met ongeveer een derde te verminderen, ' zegt Davy.