Förödande bränder i bostäder och skogsbränder tar fruktansvärda vägar i form av dödsfall och skador, såväl som förlust av egendom. I dag kommer forskare att rapportera om en ny typ av beläggning som kan begränsa brandfarligheten hos trä som används i byggnation, vilket potentiellt ger mer tid att undkomma bränder och även bromsa deras spridning. Det miljövänliga flamskyddsmedlet skulle även kunna användas för andra brandfarliga material, såsom textilier, polyuretanskum och 3-D-tryckta delar.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Societys (ACS) vårmöte.

Hembränder står för majoriteten av branddödsfall och leder till miljarder dollar i egendomsskador varje år, enligt National Fire Protection Association. Att lägga till brandsprinkler och rökdetektorer kan hjälpa, men ett annat tillvägagångssätt är att göra byggmaterial mindre brandfarliga. Det är målet för Thomas Kolibaba, Ph.D., som utvecklar en ny beläggning för dessa material. "Den här typen av behandling, som kan deponeras via doppning, sprutning eller tryckbehandling, kan göra hem mycket säkrare", säger han. "Beläggningen kan minska flamspridning och rökproduktion, vilket kan begränsa skadorna och ge människor mer tid att evakuera." Till skillnad från de flesta nuvarande brandhämmande behandlingar är dess ingredienser miljövänliga, och det kan också kosta mindre, konstaterar Jaime Grunlan, Ph.D., projektets huvudutredare.

Kolibaba utförde forskningen som doktorand och postdoc i Grunlans labb vid Texas A&M University, baserad på polyelektrolytbeläggningsteknologi som uppfanns av gruppen 2009 och senare utökades av andra forskare. De flesta av dessa beläggningar bildas genom att doppa tyg eller andra föremål i en lösning som innehåller en polymer med massor av positiva laddningar på, följt av ett dopp i en annan lösning som innehåller en polymer med många negativa laddningar, och sedan upprepa dessa steg för att nå önskad tjocklek. De motsatta laddningarna drar samman polyelektrolytmolekylerna i de alternerande lagren till komplex på föremålets yta och bildar en beläggning som kan släcka en låga.

Kolibaba ville utvidga denna behandling till trä, men flerstegsprocessen var inte genomförbar för tillverkare eftersom trä tar för lång tid att suga upp dessa kemikalier. Genom ytterligare forskning anpassade han en annan Grunlan-teknik och minskade därmed antalet steg till två:en doppning för att belägga träet, följt av ett dopp i en annan lösning för att härda beläggningen genom att ändra pH. Men den andra lösningen förvandlades hela tiden till en klibbig röra, så den strömlinjeformade processen var fortfarande inte bekväm för industriella eller konsumenttillämpningar.

I den senaste modifieringen, som kommer att presenteras på ACS våren 2022, övervann Kolibaba det problemet med en procedur som han säger skulle vara lätt för industrin eller konsumenterna att anta. Han doppade plywood i en vattenlösning innehållande den positivt laddade polymeren polyetylenimin (PEI), monomeren hydroxietylmetakrylatfosfat (HMP) och en fotoinitiator känd som TPO. Istället för att doppa träet i en andra lösning för att härda, exponerade han det för ultraviolett (UV) ljus i några minuter. Det fick TPO att förvandla HMP till en negativt laddad polymer, som sedan bildade ett polyelektrolytkomplex med PEI. Den resulterande beläggningen var genomskinlig och bara några mikrometer tjock, så den förändrade inte träets utseende och ökade bara lite till dess vikt.

I laboratorietester sänkte det behandlade träet mängden värme som frigjordes under förbränningen och bildade snabbt ett ytskikt av kol som skyddade det underliggande träet - egenskaper som kunde begränsa brandskador och spridning. "Det minskade också rökproduktionen med 56%, en ovanligt stor grad," säger Kolibaba. Till skillnad från teamets tidigare beläggningar, som hålls samman av jonbindningar, är denna kovalent bunden. Så Grunlan förväntar sig att den är vattenbeständig – och därför hållbar – och möjligen även vattenavvisande och svampdödande.

Industriella användare kan belägga konstruktionsmaterial, såsom träreglar och andra ramar, eller orienterad strandskiva (en typ av konstruerat trä som liknar spånskivor). Husägare kan använda en ryggsäcksspruta för att skydda befintliga strukturer som staket eller lador, som har visat sig sprida skogsbränder, säger Kolibaba. Andra potentiella tillämpningar inkluderar textilier och polyuretanskum för kläder, heminredning och bil- och flygsektorn, säger Grunlan. De UV-härdbara polyelektrolyterna kan också användas som ett harts för att göra 3-D-tryckta delar, som är brandfarliga när de tillverkas med konventionella hartser, tillägger Kolibaba. Det kan vara särskilt fördelaktigt i rymdmiljöer, som den internationella rymdstationen, noterar han. + Utforska vidare

Forskare utvecklar brandhämmande beläggning med förnybara material