Guar-based aerogels with oriented lamellar structure and lightweight properties for flame-retardant and thermal insulation

气凝胶 材料科学 阻燃剂 层状结构 复合材料 极限氧指数 板层(表面解剖学) 保温 抗压强度 化学工程 图层(电子) 热解 烧焦 工程类
作者
Jianbin Sun,Jing Guo,Yi Li,Fucheng Guan,Yihang Zhang,Zheng Li
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:256: 128318-128318 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.128318
摘要

In this study, a multi-functional guar gum aerogel with the oriented lamellar structure, which introduced sodium silicate (Na2O·nSiO2) and phytic acid (PA) as thermal insulation additives and flame-retardant agents, respectively, was fabricated via freeze drying. Our aerogel's chemical structure, morphology, and thermal and mechanical properties were analyzed. The oriented lamellar structure was attributed to the orientated growth of ice crystals, which was induced by the “silicate-guar, guar-phytate, and phytate-silicate” multiple hydrogen bonds formed between Na2O·nSiO2, PA, and guar gum. The density of the sample with 2 wt% PA could reach 0.0335 g·cm−3, and the porosity was 5 %, along with a specific pore volume of 0.8144 cm3·g−1. The mechanical properties and thermal insulation performed significant differences in the radial and axial direction of the oriented lamella (nearly 100 % resilience while 50 % deformation quantity and 0.0235 W/(m*K) of thermal conductivity in the radial direction, up to 0.079 MPa of compressive strength in the axial direction). The presence of PA attached a good flame-retardant ability to our aerogel (The Limiting Oxygen Index (LOI) was 30.77 %). This work provides a novel and promising method for developing anisotropic aerogel with excellent potential in building energy efficiency and flame-retardant.
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