Synergistic interaction between inorganic layered materials and intumescent fire retardants for advanced fire protection

膨胀的 材料科学 阻燃剂 烧焦 涂层 复合材料 耐火性 聚氨酯 蒙脱石 防火 氢氧化物 空隙(复合材料) 热解 化学工程 急诊医学 工程类 医学
作者
Xiaochun Hu,Yuqing Luo,Wen Liu,Zhiqiang Sun
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:187: 290-301 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.11.025
摘要

Intumescent fire-retardants (IFR) are widely applied in fire protection coatings of steel and wooden structures. The addition of inorganic fillers, such as layered ionic clays, can improve the fireproof performance of IFR coatings. However, a fundamental insight of how these filler materials synergistically interact with the IFR materials remains elusive. In this study, we address this fundamental knowledge gap by systematically investigating the synergy between the IFR fire protection coatings and the CaAlCO3-layer double hydroxide (LDH) or montmorillonite (MMT) fillers, which render substantially longer fire resistance (>20 min), reduced specific extinction area (by 54.7 and 44.1 m2 kg−2, respectively), and reduced heat release (by 0.9 and 0.7 MJ m−2, respectively). Combining experimental results and density functional theory calculations, we show for the first time that the superior fireproof performance of the MMT-IFR fire coating originates from the chemical modifications of the char layer by Si-doping. The chemical stabilisation of the silicon- and nitrogen-doped graphene (Si–N-G) structures improves the oxidation resistance of the char layer. Additionally, the formation of the Si–N-G structures with limited lattice deformation stabilised the porous morphology of the char layer, thereby promoting its heat-shielding performance.
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