Opracowano żel, który może chronić budynki przed ogniem

Wzrost temperatury i wydłużanie się pory suchej spowodowane zmianami klimatyczny sprawiają, że na świecie wybucha zdecydowanie więcej pożarów niż jeszcze kilkanaście lat temu. Potwierdzają to między innymi badania naukowców z czerwca tego roku, które wykazują, że w latach 2003-2023 liczba pożarów podwoiła się. W żywiołach giną zwierzęta i ludzie, a ogień trawi nie tylko roślinność, ale także budynki i mieszkania.

W obliczu takiego zagrożenia badacze na całym świecie szukają rozwiązania pozwalającego chronić infrastrukturę przed niszczącą siłą ognia. Niedawno zespół naukowców z Uniwersytetu Stanforda oraz California Polytechnic State University opublikował na łamach magazynu "Advanced Materials" wyniki badań nad nowym typem ognioodpornego żelu.

Środki do ochrony przeciwpożarowej nie są nowością w dzisiejszych czasach. Wykonane z superhigroskopijnych polimerów działają podobnie do chłonącego wilgoć proszku znajdującego się w pieluchach jednorazowych. Taki środek po zmieszaniu z wodą i rozpyleniu na budynku pęcznieje i zmienia się w galaretowatą substancję. Kiedy preparat przywiera do ścian i dachu, tworzy wilgotną zaporę dla ognia. Jednak w starciu z wysoką temperaturą, on traci swoje właściwości.

- Obecnie stosowane środki do ochrony przed ogniem wystarczają na ok. 45 minut, potem woda z nich odparowuje - mówi dr Eric Appel z Wydziału Materiałoznawstwa i Inżynierii na Uniwersytecie Stanforda.

Współautor badania powiedział, że jego zespołowi udało się stworzyć żel o innej strukturze, dzięki czemu jego działanie jest o wiele dłuższe.

W substancji zaprojektowanej przez zespół dr Appela zaporę dla ognia stanowi nie tylko woda uwięziona w cząsteczkach celulozowych polimerów. Żel zawiera również cząsteczki krzemionki, które pełnią dodatkową rolę ochronną.

- Odkryliśmy unikalne zjawisko, w którym miękki, gąbczasty hydrożel pod wpływem wysokiej temperatury przechodzi w formę stałą. Stanowi wtedy ulepszoną i długotrwałą ochronę przed pożarami - tłumaczy główna autorka badania, ekspertka w dziedzinie elektrochemii i materiałoznawstwa Changxin Lyla Dong.

Gdy woda wyparowuje, a celuloza z biopolimeru całkowicie się spali, z substancji tworzącej żel pozostają cząsteczki krzemionki. Jej warstwa posiada znakomite właściwości izolacyjne, dzięki czemu dłużej chroni pokryte nią materiały - tłumaczą naukowcy.

Nowa substancja została przetestowana płomieniami z palnika gazowego o temperaturze blisko 1300 stopni Celsjusza. Temperatura podczas pożaru lasu to zwykle około 500-550 st. C.

Naukowcy próbowali podpalić palnikiem kilka kawałków drewna pokrytych ognioodpornym żelem. Jak się okazało, materiały pokryte preparatami o starym składzie zapalały się po około 90 sekundach. Te, na których zastosowano nowy żel, "opierały" się płomieniom przez siedem minut.

- Tradycyjne żele nie działają po wyparowaniu wody. Nasz produkt wystawiony na działanie ognia tworzy aerożel krzemionkowy chroniący podłoże także wtedy, gdy woda całkowicie odparuje - podkreśla dr Appel. Zapewnia, że substancja jest nieszkodliwa dla środowiska i ludzi, a jej pozostałości można łatwo usunąć.

Nowe żele bazują na wcześniejszych pracach dr Appela dotyczących zapobiegania pożarom lasów. W 2019 r. badacz wykorzystał podobne materiały, jako nośnik substancji do długotrwałej ochrony roślinności. Preparat rozpylony na roślinach miał zapobiegać rozprzestrzenianiu się ognia na obszarach, na których ryzyko wybuchu pożarów jest szczególnie wysokie.

Badacz przyznał, że nowe odkrycie było w pewnym sensie zrządzeniem losu.

- Zastanawialiśmy się, jak te żele zachowają się same, więc po prostu rozprowadziliśmy je na kawałku drewna i wystawiliśmy na działanie płomieni z palnika, który mieliśmy w laboratorium. Zaobserwowaliśmy superfajny efekt, gdy żele napęczniały i zamieniły się w piankę aerożelową - mówi dr Eric Appel.

Dopracowanie finalnej formy żelu zajęło badaczom kilka lat. Preparat został zaakceptowany do użytku przez US Forest Service - federalną agencję rządową wchodzącą w skład Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych.