Fabricação fácil de um novo eu

Jul 24, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1826 (2023) Citar este artigo

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Para melhorar o retardamento de chama da madeira, um novo revestimento de hidrogel de álcool polivinílico / ácido fítico / MXene com alta retenção de água e autocura foi desenvolvido através de métodos fáceis de aquecimento em um único recipiente e ciclo de congelamento-descongelamento, e depois pintado na superfície da madeira. O revestimento exibe excelente propriedade de autocura e propriedade de retenção de água significativamente melhorada (teor de água ≥ 90% em peso), devido ao aumento das ligações de hidrogênio dentro do sistema de revestimento com a presença de nanofolhas MXene. Em comparação com a madeira pura, o retardamento de chama da madeira revestida é bastante melhorado, como a aprovação na classificação V0 no teste UL-94, aumentando o tempo de ignição (TTI, de 32 para 69 s) e diminuindo a taxa de liberação de calor e a liberação total de calor por 41,6% e 36,14%. O efeito de resfriamento e a grande capacidade térmica do hidrogel com alta retenção de água e os efeitos de barreira física para produtos de gases inflamáveis, calor e oxigênio pelas nanofolhas MXene e a camada compacta de carvão formada durante a combustão desempenham papéis importantes nas melhorias de retardamento de chama da madeira. A alta estabilidade térmica das nanofolhas MXene é outro fator benéfico. Os mecanismos detalhados de retardamento de chama e autocura foram propostos.

Por ser um material de construção verde, renovável e leve, a madeira sempre atraiu a atenção das pessoas1,2,3,4,5. No entanto, a sua elevada inflamabilidade intrínseca acarreta riscos de incêndio que tendem a causar enormes perdas económicas e vítimas6,7,8,9. Vários métodos foram desenvolvidos para melhorar a segurança contra incêndio da madeira, entre os quais o revestimento retardador de chama é a estratégia mais marcante, pois pode ser facilmente aplicável na madeira10,11,12,13. Por exemplo, Pedro et al. propuseram um revestimento à prova de fogo à base de lignina, taninos e nanopartículas inorgânicas, que reduziu significativamente a velocidade de combustão linear em 50% em comparação com a madeira pura14. Chu et al. usaram éster fosfato-polietilenoglicol como revestimentos à prova de fogo para dotar a madeira de excelente retardamento de chama, diminuindo a taxa de liberação de calor (HRR) e a liberação de calor total (THR) em 82,4% e 84,3%15. No entanto, os materiais utilizados não são suficientemente verdes e o processo de preparação do revestimento à prova de fogo é bastante complicado nestes trabalhos, o que limita a sua ampla aplicação, pelo que é necessário um método de revestimento à prova de fogo fácil de processar.

Por ser um material verde e de fácil preparo, o hidrogel, com alto teor de água e características não tóxicas, tem se mostrado um candidato ideal para revestimento retardador de chama16,17,18,19,20. Alto teor de água significa que a maior parte do calor pode ser absorvida com a evaporação da água. As características não tóxicas garantem que não haja liberação de voláteis tóxicos durante a decomposição. Estas duas razões fazem do hidrogel o excelente material de revestimento retardador de chama. Hung et al. sintetizou uma espuma de poliuretano rígida retardante de chama (RPUF) verde, resistente e altamente eficiente, baseada em hidrogel de rede dupla poliacrílico-polidopamina por meio de cura por UV . Zhang et al. preparou revestimento de biogel à base de gelatina autocurativo, reciclável e degradável, retardador de fogo, por meio do método de agitação em duas etapas para edifícios verdes22. Em nosso trabalho anterior, projetamos uma madeira retardadora de chama à base de hidrogel de álcool polivinílico/ácido fítico (PVA/PA) e exploramos o efeito do PA no retardamento de chama e na adesão no hidrogel PVA. Embora o revestimento de hidrogel possa dotar a madeira de retardante de chama, a capacidade de autocura e alta retenção de água precisam ser realizadas para os alvos de uso prolongado e melhor capacidade retardadora de chama.

A propriedade de autocura pode ser realizada por abordagens físicas e químicas, incluindo difusão e fluxo, efeitos de memória de forma, sistemas heterogêneos de autocura, reforma e reembaralhamento de ligações covalentes, interação de ligações de hidrogênio, ação de ligação de coordenação metálica e dinâmica de química supramolecular ou combinações destes23,24,25. Dentre estes, a ligação de hidrogênio é o método mais fácil de ser realizado. Como ligações não covalentes dinâmicas típicas, a importação de ligações de hidrogênio confere ao hidrogel excelente propriedade de autocura sem outra fonte e aumenta a capacidade de retenção de água do hidrogel . MXene, um nanomaterial inorgânico 2D com muitos grupos funcionais (–OH, –F e assim por diante) terminalmente 31,32,33,34,35, pode formar muitas ligações de hidrogênio com PVA e PA e promover o grau de gelificação do PVA como agente de reticulação para melhoram as propriedades mecânicas do hidrogel, o que contribui muito para as propriedades de autocura e alta retenção de água36. Além disso, a alta estabilidade térmica e a estrutura da nanofolha do MXene podem aumentar ainda mais o retardamento de chama do hidrogel. Lin et al. adicionou MXene ao revestimento de hidrogel de quitosana aplicado em RPUF, diminuiu significativamente a HRR e THR em 57,2% e 65,5%37, mostrando a excelente propriedade retardante de chama do MXene.