Study on Flame Retardancy and Smoke Suppression of Silicone Rubber Foam Containing Aluminum Hydroxide and Carbon Molecular Sieve

Vuur is een meedogenloze kracht, maar de materialen waarmee we bouwen hoeven er niet gemakkelijk voor te buigen. In de wereld van brandveiligheid zoeken onderzoekers voortdurend naar manieren om materialen te verhinderen te branden of om de verspreiding van vlammen en rook te vertragen. Een dergelijk materiaal is siliconenrubber-schuim, een lichtgewicht, flexibele substantie die wordt gebruikt om kieren in gebouwen af te dichten en delicate elektronica te beschermen. Hoewel het goed met hitte omgaat, kan puur siliconenrubber-schuim nog steeds vlam vatten en dikke, gevaarlijke rook uitstoten. Om dit op te lossen, voegen wetenschappers vaak stoffen toe die warmte absorberen of een beschermende barrière creëren wanneer het materiaal heet wordt. Twee veelvoorkomende helpers zijn aluminiumhydroxide, een mineraal dat waterdamp vrijgeeft wanneer het wordt verhit om zaken af te koelen, en koolstofmoleculaire zeven, wat poreuze koolstofstructuren zijn met piepkleine gaatjes die gassen kunnen vangen. De uitdaging is geweest om de juiste mix van deze helpers te vinden om het schuim veilig te maken zonder het zwaar of bros te maken.

Een team onderzoekers van de Xi'an University of Science and Technology en andere instellingen in China ging aan de slag om dit puzzelstukje op te lossen. Ze wilden zien of het combineren van aluminiumhydroxide met koolstofmoleculaire zeven een beter schild tegen vuur en rook zou creëren dan het gebruik van één van beide alleen. Ze namen siliconenrubber-schuim en mengden er verschillende hoeveelheden van deze twee additieven doorheen, waardoor ze een reeks testmonsters maakten. Hun doel was simpel: het perfecte recept vinden dat het schuim zou laten weerstand bieden tegen branden, het druipen zou stoppen en de hoeveelheid rook die het produceert wanneer het brandt, drastisch zou verminderen.

Het team testte hun creaties met behulp van standaardmethoden om te meten hoe goed ze vuurbestendig waren. Ze controleerden hoeveel zuurstof het materiaal nodig had om te blijven branden, hoe het zich gedroeg in een verticale vlamtest, en hoeveel hitte en rook het vrijgaf in een gecontroleerde brandsimulatie. Ze ontdekten dat het toevoegen van alleen aluminiumhydroxide of alleen koolstofmoleculaire zeven hielp, maar de echte doorbraak kwam toen ze ze samenmengden. De best presterende monster bevatte vijf delen aluminiumhydroxide en twee delen koolstofmoleculaire zeven voor elke honderd delen schuim. Deze specifieke mix veranderde het gedrag van het materiaal drastisch. Het werd veel moeilijker om te ontsteken, vereiste een veel hogere concentratie zuurstof om brandend te blijven, en voldeed aan de strengste veiligheidsnorm voor verticaal branden zonder druipend gesmolten materiaal.

Wanneer ze deze optimale mengeling blootstelden aan intense hitte, waren de resultaten opmerkelijk. De piekhoeveelheid hitte die het materiaal vrijgaf, daalde aanzienlijk vergeleken met puur schuim, en de totale hoeveelheid warmte die in de loop van de tijd werd afgegeven, werd met meer dan de helft verminderd. Nog indrukwekkender was het effect op de rook. De snelheid waarmee rook werd geproduceerd daalde met meer dan zeventig procent, en de totale hoeveelheid gegenereerde rook werd met bijna vierennegentig procent verminderd. In praktische termen betekent dit dat als er een brand uitbreekt in een kamer bekleed met dit behandelde schuim, de vlammen zwakker zullen zijn, de hitte minder intens zal zijn en de lucht veel langer veel helderder blijft, wat mensen meer tijd geeft om te vluchten.

Om te begrijpen waarom deze mix zo goed werkte, bekeken de onderzoekers nauwgezet wat er achterbleef nadat de brand was uitgebrand. Ze onderzochten de koolstoflaag, of de korst die zich vormt op de oppervlakte van brandende materialen. Puur siliconenrubber-schuim liet een losse, gebarsten laag achter die weinig bescherming bood. In tegenstelling hiermee liet het schuim met de aluminiumhydroxide en de koolstofmoleculaire zeef een dikke, dichte en continue barrière achter. De aluminiumhydroxide fungeerde als een koelmiddel dat waterdamp vrijgaf om de brandbare gassen en hitte te verdunnen, terwijl de koolstofmoleculaire zeef een fysiek skelet bood dat de koolstoflaag bij elkaar hield. Samen vormden ze een strak schild van silica en koolstof dat hitte en rook binnenhield, waardoor ze de brand niet konden voeden of de kamer in konden ontsnappen.

De studie bevestigt dat deze combinatie een krachtige, dubbellaagse verdediging creëert. De additieven werken samen om de chemische afbraak van het schuim te vertragen en een stevige muur tegen het vuur op te bouwen. Deze aanpak biedt een groene en efficiënte manier om siliconenrubber-schuim veel veiliger te maken voor gebruik in gebouwen en elektronica. Door de juiste balans te vinden tussen deze twee veelvoorkomende materialen, hebben de onderzoekers aangetoond dat het mogelijk is om een schuim te maken dat niet alleen vuurbestendig is, maar ook de lucht vrij houdt van giftige rook, waarmee ze twee van de grootste gevaren bij een brand tegelijkertijd aanpakken.