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Jan 06, 2024

새로운 자아의 손쉬운 제작

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1826(2023) 이 기사 인용

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목재의 난연성을 향상시키기 위해 손쉬운 원 포트 가열 및 동결-해동 사이클 방법을 통해 새로운 고수분 유지 및 자가 치유 폴리비닐 알코올/피틴산/MXene 하이드로겔 코팅을 개발한 후 목재 표면에 도장했습니다. 이 코팅은 MXene 나노시트가 존재하는 코팅 시스템 내에서 증가된 수소 결합으로 인해 뛰어난 자가 치유 특성과 크게 향상된 수분 보유 특성(수분 함량 ≥ 90wt%)을 나타냅니다. 원시 목재에 비해 코팅된 목재의 난연성은 UL-94 테스트에서 V0 등급을 통과하고 점화 시간(TTI, 32초에서 69초로 증가)이 증가하며 열 방출 속도 및 총 열 방출이 감소하는 등 크게 향상됩니다. 41.6%, 36.14%. 고보수성 하이드로겔의 냉각 효과와 큰 열용량, MXene 나노시트와 연소 시 형성된 치밀한 차르 층에 의한 가연성 가스 제품, 열 및 산소에 대한 물리적 차단 효과는 목재의 난연성 향상에 중요한 역할을 합니다. MXene 나노시트의 높은 열 안정성은 또 다른 유익한 요소입니다. 상세한 난연성 및 자가 치유 메커니즘이 제안되었습니다.

친환경적이고 재생 가능하며 가벼운 건축 자재인 목재는 항상 사람들의 관심을 끌었습니다1,2,3,4,5. 그러나 본질적인 높은 가연성으로 인해 화재 위험이 발생하여 막대한 경제적 손실과 사상자를 발생시키는 경향이 있습니다6,7,8,9. 목재의 화재 안전성을 향상시키기 위해 다양한 방법이 개발되었으며, 그 중 난연성 코팅은 목재에 쉽게 적용할 수 있다는 점에서 가장 눈에 띄는 전략입니다10,11,12,13. 예를 들어, Pedro et al. 리그닌, 탄닌 및 무기 나노입자를 기반으로 한 내화 코팅을 제안했는데, 이는 순수 목재에 비해 선형 연소 속도를 50% 크게 감소시켰습니다14. 추 외. 인산염 에스테르-폴리에틸렌 글리콜을 내화 코팅제로 사용하여 목재에 우수한 난연성을 부여하고 열 방출률(HRR)과 총 열 방출(THR)을 82.4% 및 84.3%15 감소시켰습니다. 그러나 이들 작업에서는 사용되는 재료가 충분히 친환경적이지 않고 내화도료를 준비하는 과정이 다소 복잡하여 폭넓은 적용에 한계가 있어 가공이 용이한 내화도료 공법이 요구된다.

친환경적이고 준비가 쉬운 재료인 하이드로겔은 수분 함량이 높고 무독성 특성을 가지며 난연성 코팅에 이상적인 후보임이 입증되었습니다. 수분 함량이 높다는 것은 대부분의 열이 물의 증발로 흡수될 수 있음을 의미합니다. 무독성 기능은 분해 중에 방출되는 독성 휘발성 물질을 방지합니다. 이 두 가지 이유 때문에 하이드로겔은 뛰어난 난연성 코팅 소재가 됩니다. Hung et al. UV 경화를 통해 폴리아크릴-폴리도파민 이중 네트워크 하이드로겔을 기반으로 하는 친환경적이고 견고하며 고효율 난연성 경질 폴리우레탄 폼(RPUF)을 합성했습니다. Zhang et al. 녹색 건물을 위한 2단계 교반 방법을 통해 자가 치유, 재활용 및 분해 가능한 난연성 젤라틴 기반 바이오겔 코팅을 준비했습니다. 이전 연구에서 우리는 폴리비닐 알코올/피트산(PVA/PA) 하이드로겔을 기반으로 한 난연성 목재를 설계하고 PVA 하이드로겔의 난연성 및 접착력에 대한 PA의 영향을 조사했습니다. 하이드로겔 코팅은 목재에 난연성을 부여할 수 있지만, 장기간 사용 및 더 나은 난연성을 위해서는 자가 치유 능력과 높은 보수성을 구현해야 합니다.

자가 치유 특성은 확산 및 흐름, 형상 기억 효과, 이종 자가 치유 시스템, 공유 결합 재형성 및 재편성, 수소 결합 상호 작용, 금속 배위 결합 작용 및 초분자 화학의 역학을 포함한 물리적 및 화학적 접근 방식으로 실현될 수 있습니다. 이들의 조합23,24,25. 그 중에서 수소결합이 가장 쉽게 실현되는 방법이다. 전형적인 동적 비공유 결합으로서, 수소 결합의 도입은 하이드로겔에 다른 소스 없이 우수한 자가 치유 특성을 부여하고 하이드로겔의 수분 보유 능력을 향상시킵니다. 말단에 많은 관능기(-OH, -F 등)를 가진 2D 무기 나노물질인 MXene은31,32,33,34,35 PVA 및 PA와 많은 수소 결합을 형성하고 가교제로서 PVA의 겔화 정도를 촉진할 수 있습니다. 하이드로겔의 기계적 특성을 향상시켜 자가 치유 및 높은 수분 보유 특성에 크게 기여합니다. 또한, MXene의 높은 열 안정성과 나노시트 구조는 하이드로겔의 난연성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. Linet al. RPUF에 적용된 키토산 하이드로겔 코팅에 MXene을 첨가하면 HRR과 THR이 57.2%, 65.5%37 크게 감소하여 MXene의 우수한 난연성 특성을 보여줍니다.