Termoizolacija od biljnih vlakana mora da ispuni zahteve koji prevazilaze sprečavanje gubitaka toplote. Ponašanje pri požaru i osetljivost na vlagu i gljivice često ograničavaju njenu primenu.
Ilustracija (Foto: AI generated)
Poljski istraživači ispitali su kako dodaci grafita i boraksa menjaju ove osobine laganih celuloznih ploča, ali i kakve posledice imaju po njihovu biorazgradivost.
Istraživanje, objavljeno u časopisu Scientific Reports, sproveli su Waldemar Perdoch, Wojciech Grześkowiak i Bartłomiej Mazela sa Univerziteta prirodnih nauka u Poznanju. Cilj je bio razvoj celuloznog kompozita za termoizolaciju, sa poboljšanom reakcijom na požar i privremenom zaštitom od biološkog propadanja.
Oglas
Osnovnu sirovinu činila je izbeljena celulozna pulpa dobijena hemijskom i termomehaničkom obradom. Pored kontrolne ploče bez dodataka, pripremljene su tri varijante sa 80% pulpe: sa 20% ekspandirajućeg grafita, sa 20% boraksa i sa po 10% oba dodatka.
Smeše su oblikovane u kalupima i sušene sedam dana na oko 55°C, do sadržaja vlage ispod 6%. Gustina ploča iznosila je od 107 do 129kg/m3.
Izmerena toplotna provodljivost kretala se približno od 0,046 do 0,050W/(m·K), dok je specifični toplotni kapacitet iznosio od 1.540 do 1.704J/(kg·K).
Kombinacija niske provodljivosti i visokog toplotnog kapaciteta ukazuje na potencijal za usporavanje prenosa toplote i ublažavanje temperaturnih promena. Dodavanje grafita blago je povećalo provodljivost i smanjilo toplotni kapacitet, ali su vrednosti ostale povoljne za izolacionu primenu.
Dodaci protiv gorenja deluju različitim mehanizmima. Grafit se pri zagrevanju širi i stvara porozni zaštitni sloj koji ograničava prenos toplote, pristup kiseonika i oslobađanje zapaljivih gasova.
Boraks podstiče stvaranje ugljenisanog sloja, a pri zagrevanju može da obrazuje i staklasti sloj na površini materijala. Njegovo zaštitno dejstvo počinje pri nižim temperaturama od intenzivnog širenja grafita.
Pri ispitivanju malim plamenom, modifikovane ploče nisu se zapalile tokom 60 sekundi posmatranja, dok je uzorak bez dodataka pokazao izraženo širenje plamena.
U ispitivanju konusnim kalorimetrom, najbolji rezultat za vršnu brzinu oslobađanja toplote ostvarila je kombinacija grafita i boraksa: vrednost je smanjena sa oko 94,5 na 53,8kW/m2, odnosno za približno 43%.
SBI ispitivanje, kojim se procenjuje reakcija građevinskih proizvoda na požar, pokazalo je potencijal ploče sa boraksom za evropsku klasu B, a varijanti sa grafitom i kombinacijom dodataka za klasu C.
Autori naglašavaju da su ova ispitivanja izvedena samo jednom za svaku varijantu, radi procene klasifikacionog potencijala, pa rezultati ne predstavljaju konačnu potvrdu požarne klase. Dodaci su znatno smanjili stvaranje dima, a tokom ispitivanja nisu zabeležene zapaljene kapljice i čestice koje otpadaju sa uzoraka.
Biološka ispitivanja trajala su 16 nedelja i obuhvatila gljivice koje izazivaju smeđu i belu trulež. Celulozna osnova pokazala se podložnom razgradnji: kod kontrolnih uzoraka pojedine gljivice smeđe truleži izazvale su gubitak mase od oko 30%, odnosno 50%.
Sa grafitom je gubitak mase bio približno 30% manji nego kod uzoraka bez tog dodatka. Ipak, grafit nije sprečavao aktivnost gljivica. Autori smanjenje prvenstveno povezuju sa time što sam grafit ne podleže biološkoj razgradnji.
Boraks je efikasnije ograničavao razvoj gljivica, ali je istovremeno povećavao higroskopnost, odnosno sposobnost materijala da upija vlagu. Zato najniža toplotna provodljivost, izmerena kod ploče sa boraksom, ne znači i najbolji izbor za vlažne uslove. Povećan sadržaj vode narušava izolacione osobine i ograničava praktičnu upotrebu ove formulacije.
Prema zaključcima istraživača, grafit predstavlja zanimljiv dodatak jer poboljšava reakciju na požar, uz očuvanje mogućnosti biorazgradnje celulozne osnove i bez izraženog povećanja sadržaja vlage.
Razvijene ploče pokazuju potencijal za specijalizovanu primenu u građevinarstvu, uz potrebu da se pri izboru sastava zajedno sagledaju toplotna svojstva, ponašanje pri požaru i uslovi izloženosti vlazi.
