Tăng cường tính chống cháy của cellulose aerogel bằng ammonium polyphosphate cho ứng dụng cách nhiệt
787 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.VITTEP.2022.15-22Từ khóa:
Vi sợi cellulose; Lá dứa; aerogel; Vật liệu cách nhiệt; Chậm cháy.Tóm tắt
Cellulose aerogel là một ứng cử viên tiềm năng cho vật liệu cách nhiệt, thế nhưng một trong những nhược điểm của chúng chính là tính dễ cháy cản trở việc ứng dụng chúng vào thực tế. Nghiên cứu này tổng hợp cellulose aerogel từ vi sợi cellulose (MFC) trích xuất từ lá dứa thải. Quy trình tổng hợp vật liệu bắt đầu bằng cách phối trộn trực tiếp sợi MFC với polyamide amine-epichlorohydrin (PAE), một chất liên kết ngang hóa học và ammonium polyphosphate (APP) (10-20%), một chất phụ gia chống cháy an toàn và hiệu quả, sau đó hỗn hợp được sấy thăng hoa. Các aerogel sau khi tổng hợp được đánh giá các đặc trưng của chúng như hình thái học, độ bền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt, khả năng chống cháy bằng các phương pháp phân tích hiện đại bao gồm kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), đo độ dẫn nhiệt bằng thiết bị chuyên dụng đo lưu lượng nhiệt, và thử nghiệm đốt theo phương ngang UL94. Vật liệu cellulose aerogel cho thấy khối lượng riêng cực kì thấp (25,5-26,8 mg/cm3), độ xốp cao (98,0-98,2%), khả năng cách nhiệt hiệu quả (35,9-36,7 mW/m٠K), và hoàn toàn có khả năng tự dập tắt sự cháy. Hơn nữa, hàm lượng APP (10-20%) không ảnh hưởng đáng kể đến khối lượng riêng, hệ số dẫn nhiệt, và độ bền nhiệt của cellulose aerogel chống cháy khi so sánh với cellulose aerogel không chứa chất chống cháy. Dựa trên các kết quả thu được, vật liệu tổng hợp cellulose aerogel chống cháy có thể xem là một vật liệu cách nhiệt có nguồn gốc sinh học đầy hứa hẹn.
Tài liệu tham khảo
[1]. M. O. Ansari, A. A. P. Khan, M. S. Ansari, A. Khan, R. M. Kulkarni, V. S. Bhamare, "Advances in Aerogel Composites for Environmental Remediation," Elsevier, pp. 1-17, (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820732-1.00001-1
[2]. H. Zhang et al., "Experimental Characterization of the Thermal Conductivity and Microstructure of Opacifier-Fiber-Aerogel Composite,", Molecules, Vol. 23, No. 9, (2018). DOI: https://doi.org/10.3390/molecules23092198
[3]. N. H. N. Do et al., "Heat and sound insulation applications of pineapple aerogels from pineapple waste," Materials Chemistry and Physics, Vol. 242, p. 122267, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122267
[4]. A.-R. Firatoiu et al., “Study on The Production and Marketing of Pineapples Worldwide,” Proc of the 37th International Business Information Management Association, 1-2 April 2021, Cordoba (2021).
[5]. M. T. T. Phan et al., "Investigation on Synthesis of Hydrogel Starting from Vietnamese Pineapple Leaf Waste-Derived Carboxymethylcellulose," J. of Analytical Methods in Chemistry, Vol. 2021 (2021). DOI: https://doi.org/10.1155/2021/6639964
[6]. C. T. X. Nguyen et al., "Nanocellulose from Pineapple Leaf and Its Applications towards High-value Engineering Materials," Chemical Engineering Transactions, Vol. 89, pp. 19-24, (2021).
[7]. N. H. Do et al., "Recycling of pineapple leaf and cotton waste fibers into heat-insulating and flexible cellulose aerogel composites," J. of Polymers and the Environment, Vol. 29, No. 4, pp. 1112-1121, (2021). DOI: https://doi.org/10.1007/s10924-020-01955-w
[8]. G. Liu, "Ammonium Polyphosphate-An Overview with Respect to its Properties, Environmental and Toxicological Aspects," Proc of the 4th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering, 18-20 June 2010, Chengdu, pp. 1-4, (2010). DOI: https://doi.org/10.1109/ICBBE.2010.5516557
[9]. S. Ahankari et al., "Recent developments in nanocellulose-based aerogels in thermal applications: a review," ACS nano, Vol. 15, No. 3, pp. 3849-3874, (2021). DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09678
[10]. S. Josset et al., "Microfibrillated cellulose foams obtained by a straightforward freeze–thawing–drying procedure," Cellulose, Vol. 24, No. 9, pp. 3825-3842, (2017). DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-017-1377-8
[11]. W. Yin et al., "Mechanically robust, flame-retardant poly (lactic acid) biocomposites via combining cellulose nanofibers and ammonium polyphosphate," ACS omega, Vol. 3, No. 5, pp. 5615-5626, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00540
[12]. M. Farooq et al., "Eco-friendly flame-retardant cellulose nanofibril aerogels by incorporating sodium bicarbonate," ACS applied materials & interfaces, Vol. 10, No. 32, pp. 27407-27415, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.8b04376
[13]. Y. Huang et al., "Flame-retardant polyvinyl alcohol/cellulose nanofibers hybrid carbon aerogel by freeze-drying with ultra-low phosphorus," Applied Surface Science, Vol. 497, p. 143775, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.143775
[14]. M. Luo et al., "Enhanced thermal insulation and flame-retardant properties of polyvinyl alcohol-based aerogels composited with ammonium polyphosphate and chitosan," International J. of Polymer Science, Vol. 2021, (2021). DOI: https://doi.org/10.1155/2021/5555916
[15]. Q. B. Thai et al., "Cellulose-based aerogels from sugarcane bagasse for oil spill-cleaning and heat insulation applications," Carbohydrate polymers, Vol. 228, p. 115365, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115365
