Tilbake til søkeresultatene

BIONÆR-Bionæringsprogram

FireCellCoat - Bio-inspired fire retardant wood coatings based on microfibrillated cellulose

Alternativ tittel: Bioinspirerte brannbeskyttende overflatebehandlinger basert på mikrofibrillert cellulose

Tildelt: kr 3,5 mill.

Tre gjennomgår for tiden en renessanse som konstruksjonsmateriale i Europa, men bruken av tre i større bygninger som fleretasjeshus, særlig i urbane områder, er fremdeles begrenset. Dette skyldes primært utfordringer knyttet til brannsikkerhet, men også faktorer som biologisk nedbrytning og fargestabilitet utendørs. Nye konstruksjonsmetoder og modeller for brannsikkerhet har utvidet treets bruksområder de siste årene, og forholdsregler for beskyttelse, slik som brannvegger, sprinkelanlegg eller røykvarslere kan bidra til å redusere spredning av brann i trekonstruksjoner. Slike tiltak er imidlertid ikke alltid tilstrekkelige, noe som i tillegg ofte gjør det nødvendig å beskytte trebaserte byggematerialer med flammehemmende midler. Flammehemmende behandlinger forbedrer brannegenskapene til trebaserte materialer betydelig og gjør det mulig å oppnå den høyeste brannklassifikasjonen for brennbare produkter. Ulemper ved de fleste flammehemmende midlene er imidlertid deres lave motstand mot fukt, en tendens til utvasking, samt deres miljøskadelige egenskaper. Hovedformålet til prosjektet FireCellCoat er å utvikle brannhemmende malingsprodukter basert på funksjonalisert mikrofibrillær cellulose (MFC) framstilt ved hjelp av HEFCEL, en teknologi som er utviklet og patentert av VTT Technical Research Centre of Finland. Prosjektet er inspirert av strukturen og de kjemiske egenskapene til barken til kanarifuru som effektivt beskytter trærne mot skogbrann. FireCellCoats bioniske tilnærming er å danne en lignende makroskalert flerlagsstruktur som barken til kanarifuru viser. Dette produktet utvikles til innendørs bruk, med tanke på at den MFC-baserte flerlagsstrukturen kan konstrueres med høy vanndamppermeabilitet, noe som vil opprettholde trevirkets positive evne til å bufre fukt i inneluften. To andre angrepsvinkler i FireCellCoat er å enten tilsette fosforylert MFC som additiv til akrylmaling eller å binde fosforylert MFC til bindemidlet i malingen ved hjelp av polymerisasjonsteknikker for å lage produkter til utendørsbruk. Spesielt polymerisasjonsteknikken er lovende med henblikk på å forhindre at fosforylert MFC vaskes ut. Ulike metoder til å funksjonalisere MFC med fosfor ble undersøkt, både direkte i framstillingsprosessen av MFC og etterpå. Det ble funnet at den trinnvise prosessen gir høyest utbytte (faststoffandel på 25%) ved samtidig lavt energiforbruk (0,6 MWh/tonn). Siden fosforyleringen reduserer vedheft av malingsfilmen på tre, ble kjemien og flerlagsstrukturen til innendørsproduktet optimalisert for å motvirke krakelering og avflassing av malingsfilmen. Ved testing på gran beskyttet behandlingen mot brann, spesielt i forbindelse med mineralske tilsetningsstoffer. Når det gjelder brannbeskyttelse, er den MFC-baserte behandlingen imidlertid ikke på samme nivå som konvensjonelle brannhemmende overflatebehandlingsprodukter og dermed trengs det ytterligere forbedring. En fordel ved den MFC-baserte behandlingen er at den fremmer trevirkets fuktbufringsegenskaper i innendørsbruk, som resultater fra laboratieforsøk i FireCellCoat viser. I tillegg har flere serier av utendørsprodukter blitt utviklet, der vi klarte å innarbeide opp til 15 % fosforylert MFC i akrylbasert maling ved hjelp av mini-emulsjonspolymerisasjon. Malingsproduktet med 15% fosforylert MFC er så langt stabilt i pågående væraldringsforsøk i Norge og Tyskland (status etter ni måneder). Ulike branntester viser imidlertid at andelen av fosforylert MFC må økes betydelig for å oppnå en nevneverdig effekt. I den resterende tiden av prosjektet blir de nye produktene nærmere karakterisert for fuktrelaterte egenskaper. Det blir også fokus på å øke andelen av fosforylert MFC i produktene og forbedre vedheften mellom innendørsproduktet og treoverflaten. I tillegg utføres for tiden livssyklusanalyser av miljøbelastning (LCA) og en kostnadsvurdering for de nye produktene sammenlignet med kommersielle produkter. Framdriften i FireCellCoat kan følges på prosjektets hjemmeside (www.firecellcoat.com) og kontoer på Twitter, Facebook og LinkedIn.

-

Wood has recently experienced a renaissance as construction material in Europe, but its usage in medium and high-rise buildings typical in urban areas is still low, which in particular is restricted by wood’s deficiencies regarding fire safety, but also due to biodegradation and color stability issues. Although novel construction methods and fire safety designs have widened the field of applications of wood during the last years, architects and engineers still face challenges. Protection measures like fire stops, sprinklers, or smoke detectors can aid to reduce the spread of fire; however, such means alone are often not sufficient or cannot be fully utilized in a building project, which makes a flame-retardant treatment of wood necessary. Flame retardant treatments facilitate considerable improvements of the fire properties of wood-based products and the highest fire classification for combustible products can be obtained. However, a significant drawback of most fire retardants is their low humidity resistance, tendency to leaching and their environmental and toxic profile. The FireCellCoat project will solve these challenges through using modified cellulose as non-leachable fire retardant component for wooden surfaces. The project is inspired by the architecture and chemistry of Canary pine bark - nature’s outstanding solution against fire. Our approach is to construct a similar macro-scaled multi-layer structure, which is able to delay ignition and fire propagation. Micro-fibrillated cellulose (MFC) will be used in combination with inorganic components. This will be complemented by a chemical approach involving co-polymerization techniques to protect the fire-retardant material against leaching from the coatings.

Budsjettformål:

BIONÆR-Bionæringsprogram