Yellow birch fire-protection using Polyelectrolytes complexes
Résumé
Fire protection has been a major challenge in wood construction for many years. The demand for high-performance, environmentally friendly treatments respecting the physical and chemical characteristics of the material has been accentuated in recent years [20]. Indeed, halogenated fire-retardant compounds were commonly used from the 70’s because of their low-cost and high efficiency. Their ability to form radicals when heated, which recombine with high energy radicals such as H or OH disturbing the chain reactions of the combustion [12]. However, evidence of the toxicity of some of them has limited their use in Europe since 2010 [21] and in several states of USA [16]. Therefore, non-toxic alternatives are developed and among them an increasing interest for phosphate compounds is noticed. In that frame, the study of polyelectrolyte complexes is at its early stage for wood, but their versatility and eco-friendly character are already appreciated for the fire retardancy of fabrics. This study focuses on the study of the efficiency of polyelectrolyte complexes consisting of polyethylenimine (Mw = 600 g/mol and Mw = 25000 g/mol) and sodium hexametaphosphate to improve the fire behaviour of yellow birch. The samples were prepared by vacuum impregnation or by soaking, allowing relatively large weight gains in a very short time. Cone calorimeter tests revealed that a 20 % reduction in PHRR for a weight gain as low as of 3.5 wt.-% can be achieved. Small-scale Steiner tunnel confirmed the positive aspect of PEC, by reducing flame spreads. Brinell hardness and dimensional stability were also studied to ensure that the treatments are not detrimental on these properties and equilibrium moisture content of the samples were evaluated using dynamic vapor sorption. It was demonstrated that whereas fireproofing results are interesting, some improvements must be made to control the hydrophily of polyelectrolytes complexes that affects the dimensional stability of wood.
La protection contre l'incendie est un défi majeur dans la construction en bois depuis de nombreuses années. La demande de traitements performants, respectueux de l'environnement et des caractéristiques physiques et chimiques du matériau s'est accentuée ces dernières années [20]. En effet, les composés ignifuges halogénés ont été couramment utilisés à partir des années 70 en raison de leur faible coût et de leur grande efficacité. Leur capacité à former des radicaux lorsqu'ils sont chauffés, qui se recombinent avec des radicaux à haute énergie tels que H ou OH, perturbe les réactions en chaîne de la combustion [12]. Toutefois, les preuves de la toxicité de certains d'entre eux ont limité leur utilisation en Europe depuis 2010 [21] et dans plusieurs États des États-Unis [16]. Par conséquent, des alternatives non toxiques sont développées et parmi elles, un intérêt croissant pour les composés phosphatés est remarqué. Dans ce contexte, l'étude des complexes polyélectrolytes n'en est qu'à ses débuts pour le bois, mais leur polyvalence et leur caractère écologique sont déjà appréciés pour l'ignifugation des tissus. Cette étude porte sur l'efficacité des complexes polyélectrolytes composés de polyéthylèneimine (Mw = 600 g/mol et Mw = 25000 g/mol) et d'hexamétaphosphate de sodium pour améliorer le comportement au feu du bouleau jaune. Les échantillons ont été préparés par imprégnation sous vide ou par trempage, ce qui a permis des gains de poids relativement importants en très peu de temps. Des essais au calorimètre à cône ont révélé qu'il était possible d'obtenir une réduction de 20 % du PHRR pour un gain de poids aussi faible que 3,5 % en poids. Le tunnel de Steiner à petite échelle a confirmé l'aspect positif de la PEC, en réduisant la propagation des flammes. La dureté Brinell et la stabilité dimensionnelle ont également été étudiées pour s'assurer que les traitements ne nuisent pas à ces propriétés et la teneur en humidité à l'équilibre des échantillons a été évaluée à l'aide de la sorption dynamique de vapeur. Il a été démontré que si les résultats en matière d'ignifugation sont intéressants, certaines améliorations doivent être apportées pour contrôler l'hydrophilie des complexes de polyélectrolytes qui affecte la stabilité dimensionnelle du bois.