Redução da inflamabilidade da madeira de Pinus elliottii modificada com partículas de TiO2

Abstract

RESUMOA madeira é um material formado basicamente por polímeros, os quais são pouco resistentes a altas temperaturas e suscetíveis ao fogo. Em aplicações é desejável que esta madeira tenha um melhor desempenho quanto à ignição e perda de resistência mecânica devido à degradação térmica de seus componentes. O aumento de desempenho pode ser obtido pela modificação das propriedades térmicas madeira através de seu tratamento. Assim, utilizou-se o processo solvotermal assistido por micro-ondas para a modificação da superfície e do interior da madeira de Pinus elliotttii com TiO 2 visando o aumento da resistência à inflamabilidade e à degradação térmica pelo retardamento da carbonização. Para isso, foi preparada uma solução precursora alcoólica com isopropóxido de titânio. Com temperatura de 140°C, por 60 minutos, foram cristalizadas, na superfície interna e externa da madeira, nanopartículas de TiO 2 na fase anatase. Utilizando a Microscopia Eletrônica de Varredura foi possível demostrar o recobrimento uniforme e homogêneo. Através do espectro no infravermelho por Transformada de Fourier verificaram-se indícios de ligação por ponte de hidrogênio entre os dois materiais. A formação de uma camada protetora com as partículas proporcionou maior estabilidade e resistência térmica devido ao caráter cerâmico das nanopartículas de TiO 2 . A partir das análises termogravimétricas foi determinada uma perda de massa de 70% aos 380°C e 11% de resíduos aos 700°C, diferentemente da madeira modificada que nestas temperaturas atingiram percentagens de 45% e 46%, respectivamente. Em adição, verificou-se pelos testes de chama, retardo em cerca de 7 vezes o tempo para a ignição da madeira modificada, quando comparada com o controle. Desse modo, pode-se afirmar que a modificação da madeira pelo processo solvotermal assistido por micro-ondas foi efetiva na redução de sua inflamabilidade bem como de sua degradação com o aumento da temperatura. Cita-se ainda, que o método se apresenta com grande potencial para o aumento da qualidade da madeira e consequentemente de suas aplicações. Palavras-chave: teste de chamas; degradação térmica; sistema micro-ondas. ABSTRACTWood is composed by polymeric materials, with fire susceptibility. For applications, wood with better ignition resistance and lower fire stenght reduction is desirable. Enhancing of wood thermal properties can be achieved by means of right modification of wood by treatment. Thus, the microwave-assisted solvotermal process was implemented to modify the surface of the Pinus elliotttii wood with TiO 2 in order to increase the resistance to flammability and thermal degradation through the retardation of carbonization. An alcoholic precursor solution with titanium isopropoxide was prepared and nanoparticles of TiO 2 were crystallized to anatase on wood surface and interior at 140°C, for 60 minutes. Using Scanning Electron Microscopy, it was possible to demonstrate the uniform and homogeneous coating, and by Fourier transform infrared

Flammability of a softwood impregnated with alumina nanoparticles

“…Therefore, the surface coverage of alumina did not confer any gain to neither physical nor mechanical characteristics of the treated pine wood. Previous studies reported similar mechanisms, for instance, Zanatta et al (2018), who treated a Brazilian pine wood with TiO 2 nanoparticles. They reported only changes related to surface features, such as color, moisture absorption, and flame retardancy.…”

“…Mathematical models prepared to predict the mass loss values based on the burning time can be consulted in the supplementary material. Zanatta et al (2018) affirmed that, when the outer layer of alumina particles is removed, those particles located inside the wood may act as a protective barrier, which reduces the flame spreading.…”

“…The flammability tests were carried out using that methodology described by Zanatta et al (2018) with some adaptations. For that, 10 replicates per treatment were placed on a metal support and this apparatus was positioned on an analytical scale (0.01 g resolution) at a vertical distance of 9 cm from the flame of a Bunsen burner fueled with butane gas.…”

“…The untreated pine wood lost 80% of its initial mass along the first 6 min, which was similar for those woods treated with neat SPAC and 0.1% of alumina. Sun et al (2012) and Zanatta et al (2018) evaluated the flammabilities of Populus sp and Pinus elliottii woods, respectively. These studies were performed at similar conditions if compared to the presented study.…”

Surface hardness and flammability of Na2SiO3and nano-TiO2reinforced wood composites

“…In a laboratory, different approaches are used, such as pressure, ultrasonic impregnation, solvothermal/ hydrothermal, microwave-assisted impregnation, dip-coating or a combination of several techniques. 18,[21][22][23][24] The reader is also referred to a comprehensive review on the sol-gel wood preservation. 25 Considering the numerous studies undertaken to produce universal formulation for wood protection, one can relate that there is still need for alternatives with fewer health and environmental concerns, whilst wood properties such as mechanical strength, re-retardancy, corrosion and photodegradation need to be preserved aer modication.…”