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Nanostructured Wood Hybrids for Fire-Retardancy Prepared by Clay Impregnation into the Cell Wall

材料科学 炭化 纳米孔 热稳定性 热重分析 复合材料 纤维素 化学工程 锥形量热计 蒙脱石 阻燃剂 纳米纤维素 生物复合材料 纳米技术 热解 烧焦 复合数 工程类
作者
Qiliang Fu,Lilian Medina,Yuanyuan Li,Federico Carosio,Alireza Hajian,Lars A. Berglund
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (41): 36154-36163 被引量:195
标识
DOI:10.1021/acsami.7b10008
摘要

Eco-friendly materials need "green" fire-retardancy treatments, which offer opportunity for new wood nanotechnologies. Balsa wood (Ochroma pyramidale) was delignified to form a hierarchically structured and nanoporous scaffold mainly composed of cellulose nanofibrils. This nanocellulosic wood scaffold was impregnated with colloidal montmorillonite clay to form a nanostructured wood hybrid with high flame-retardancy. The nanoporous scaffold was characterized by scanning electron microscopy and gas adsorption. Flame-retardancy was evaluated by cone calorimetry, whereas thermal and thermo-oxidative stabilities were assessed by thermogravimetry. The location of well-distributed clay nanoplatelets inside the cell walls was confirmed by energy-dispersive X-ray analysis. This unique nanostructure dramatically increased the thermal stability because of thermal insulation, oxygen depletion, and catalytic charring effects. A coherent organic/inorganic charred residue was formed during combustion, leading to a strongly reduced heat release rate peak and reduced smoke generation.
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