Fabrication facile d'un nouveau moi

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1826 (2023) Citer cet article

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Pour améliorer l'ignifugation du bois, un nouveau revêtement d'alcool polyvinylique/acide phytique/hydrogel MXène à haute rétention d'eau et auto-cicatrisant a été développé grâce à des méthodes faciles de chauffage en un seul pot et de cycle de gel-dégel, puis peint sur la surface du bois. Le revêtement présente d'excellentes propriétés d'auto-cicatrisation et une propriété de rétention d'eau considérablement améliorée (teneur en eau ≥ 90 en poids %), en raison de l'augmentation des liaisons hydrogène au sein du système de revêtement avec la présence de nanofeuilles de MXène. Par rapport au bois vierge, le caractère ignifuge du bois enduit est grandement amélioré, comme la note V0 obtenue au test UL-94, l'augmentation du temps d'allumage (TTI, de 32 à 69 s) et la diminution du taux de dégagement de chaleur et du dégagement de chaleur total de 41,6% et 36,14%. L'effet de refroidissement et la grande capacité thermique de l'hydrogel à haute rétention d'eau, ainsi que les effets de barrière physique pour les produits gazeux inflammables, la chaleur et l'oxygène grâce aux nanofeuilles de MXène et à la couche de charbon compacte formée lors de la combustion jouent un rôle clé dans l'amélioration du pouvoir ignifuge du bois. La stabilité thermique élevée des nanofeuilles de MXene est un autre facteur bénéfique. Les mécanismes détaillés ignifuges et d’auto-guérison ont été proposés.

En tant que matériau de construction écologique, renouvelable et léger, le bois a toujours attiré l'attention1,2,3,4,5. Cependant, sa haute inflammabilité intrinsèque entraîne des risques d'incendie qui tendent à causer d'énormes pertes économiques et humaines6,7,8,9. Diverses méthodes ont été développées pour améliorer la sécurité incendie du bois, parmi lesquelles le revêtement ignifuge est la stratégie la plus frappante car elle pourrait être facilement applicable sur le bois10,11,12,13. Par exemple, Pedro et al. a proposé un revêtement ignifuge à base de lignine, de tanins et de nanoparticules inorganiques, qui réduisait considérablement la vitesse de combustion linéaire de 50 % par rapport au bois pur14. Chu et coll. a utilisé de l'ester de phosphate-polyéthylèneglycol comme revêtements ignifuges pour conférer au bois un excellent pouvoir ignifuge, réduisant ainsi le taux de dégagement de chaleur (HRR) et le dégagement de chaleur total (THR) de 82,4 % et 84,3 %15. Cependant, les matériaux utilisés ne sont pas assez écologiques et le processus de préparation du revêtement ignifuge est plutôt compliqué dans ces travaux, ce qui limite son large application. Une méthode de revêtement ignifuge facile à mettre en œuvre est donc nécessaire.

En tant que matériau écologique et facile à préparer, l'hydrogel, avec une teneur élevée en eau et des caractéristiques non toxiques, s'est avéré un candidat idéal pour un revêtement ignifuge16,17,18,19,20. La teneur élevée en eau signifie que la majeure partie de la chaleur peut être absorbée par l’évaporation de l’eau. Les caractéristiques non toxiques garantissent l'absence de substances volatiles toxiques libérées lors de la décomposition. Ces deux raisons font de l’hydrogel le matériau de revêtement ignifuge par excellence. Hung et coll. a synthétisé une mousse de polyuréthane rigide (RPUF) ignifuge, verte, résistante et très efficace, à base d'hydrogel à double réseau polyacrylique-polydopamine par durcissement aux UV21. Zhang et coll. revêtement de biogel préparé à base de gélatine ignifuge, auto-cicatrisant, recyclable et dégradable via une méthode d'agitation en deux étapes pour les bâtiments écologiques22. Dans nos travaux précédents, nous avons conçu un bois ignifuge à base d'hydrogel d'alcool polyvinylique/acide phytique (PVA/PA) et exploré l'effet du PA sur le caractère ignifuge et l'adhésion de l'hydrogel PVA. Bien que le revêtement d'hydrogel puisse conférer au bois un caractère ignifuge, une capacité d'auto-guérison et une rétention d'eau élevée doivent être obtenues pour les objectifs d'une utilisation à long terme et d'une meilleure capacité ignifuge.

La propriété d'auto-guérison peut être réalisée par des approches physiques et chimiques, notamment la diffusion et l'écoulement, les effets de mémoire de forme, les systèmes d'auto-guérison hétérogènes, la reformation et le remaniement des liaisons covalentes, l'interaction des liaisons hydrogène, l'action des liaisons de coordination des métaux et la dynamique de la chimie supramoléculaire ou des combinaisons de ceux-ci23,24,25. Parmi celles-ci, la liaison hydrogène est la méthode la plus simple à réaliser. En tant que liaisons non covalentes dynamiques typiques, l'importation de liaisons hydrogène confère à l'hydrogel une excellente propriété d'auto-guérison sans autre source et améliore la capacité de rétention d'eau de l'hydrogel26,27,28,29,30. Le MXène, un nanomatériau inorganique 2D avec de nombreux groupes fonctionnels (-OH, -F, etc.) en terminaison 31,32,33,34,35, peut former de nombreuses liaisons hydrogène avec le PVA et le PA et favoriser le degré de gélification du PVA en tant qu'agent de réticulation pour améliorent les propriétés mécaniques de l'hydrogel, ce qui contribue grandement aux propriétés d'auto-guérison et de rétention d'eau élevée36. De plus, la stabilité thermique élevée et la structure nanofeuillet du MXène peuvent encore améliorer le caractère ignifuge de l'hydrogel. Lin et coll. L'ajout de MXène dans le revêtement d'hydrogel de chitosane appliqué sur le RPUF a considérablement réduit le HRR et le THR de 57,2 % et 65,5 %37, montrant l'excellente propriété ignifuge du MXène.