Rendre les matériaux de construction en bois résistants au feu avec un revêtement écologique

Les incendies résidentiels dévastateurs et les incendies de forêt ont un terrible bilan en termes de décès et de blessures, ainsi que de pertes de biens. Aujourd’hui, les chercheurs feront rapport sur un nouveau type de revêtement qui pourrait limiter l’inflammabilité du bois utilisé dans la construction, offrant potentiellement plus de temps pour échapper aux incendies et freinant également leur propagation. Le retardateur de flamme respectueux de l’environnement pourrait également être utilisé pour d’autres matériaux inflammables, tels que les textiles, la mousse de polyuréthane et les pièces imprimées en 3D.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS).

Selon la National Fire Protection Association, les incendies domestiques sont responsables de la majorité des décès par incendie et entraînent chaque année des milliards de dollars de dégâts matériels. L’ajout de gicleurs d’incendie et de détecteurs de fumée peut aider, mais une autre approche consiste à rendre les matériaux de construction moins inflammables. C’est l’objectif de Thomas Kolibaba, Ph.D., qui développe un nouveau revêtement pour ces matériaux. « Ce type de traitement, qui pourrait être déposé par trempage, pulvérisation ou traitement sous pression, pourrait rendre les maisons beaucoup plus sûres », dit-il. « Le revêtement pourrait réduire la propagation des flammes et la production de fumée, ce qui pourrait limiter les dommages et donner aux gens plus de temps pour évacuer. » Contrairement à la plupart des traitements ignifuges actuels, ses ingrédients sont inoffensifs pour l’environnement et pourraient également coûter moins cher, note Jaime Grunlan, Ph.D., chercheur principal du projet.

Kolibaba a mené la recherche en tant qu’étudiant diplômé et postdoctoral dans le laboratoire de Grunlan à la Texas A&M University, en s’appuyant sur la technologie de revêtement polyélectrolyte inventée par le groupe en 2009 et étendue plus tard par d’autres chercheurs. La plupart de ces revêtements sont formés en trempant du tissu ou d’autres articles dans une solution contenant un polymère avec beaucoup de charges positives, suivi d’un plongeon dans une autre solution contenant un polymère avec beaucoup de charges négatives, puis en répétant ces étapes pour atteindre le épaisseur souhaitée. Les charges opposées attirent les molécules de polyélectrolyte dans les couches alternées en complexes sur la surface de l’article, formant un revêtement qui peut éteindre une flamme.

Kolibaba voulait étendre ce traitement au bois, mais le processus en plusieurs étapes n’était pas réalisable pour les fabricants car le bois met trop de temps à absorber ces produits chimiques. Grâce à des recherches plus poussées, il a adapté une autre technique Grunlan, réduisant ainsi le nombre d’étapes à deux : un trempage pour enduire le bois, suivi d’un trempage dans une solution différente pour durcir le revêtement en modifiant le pH. Mais cette deuxième solution n’arrêtait pas de se transformer en un gâchis collant, de sorte que le processus rationalisé n’était toujours pas pratique pour les applications industrielles ou grand public.

Dans la dernière modification, qui sera présentée à l’ACS Spring 2022, Kolibaba a surmonté ce problème avec une procédure qui, selon lui, serait facile à adopter pour l’industrie ou les consommateurs. Il a plongé du contreplaqué dans une solution aqueuse contenant le polymère chargé positivement polyéthylèneimine (PEI), le phosphate de méthacrylate d’hydroxyéthyle monomère (HMP) et un photoinitiateur connu sous le nom de TPO. Au lieu de tremper le bois dans une deuxième solution pour le durcir, il l’a exposé à la lumière ultraviolette (UV) pendant quelques minutes. Cela a amené le TPO à transformer le HMP en un polymère chargé négativement, qui a ensuite formé un complexe polyélectrolyte avec le PEI. Le revêtement résultant était transparent et de seulement quelques micromètres d’épaisseur, il ne modifiait donc pas l’apparence du bois et n’ajoutait que légèrement à son poids.

Lors d’essais à la flamme en laboratoire, le bois traité a réduit la quantité de chaleur dégagée pendant la combustion et a rapidement formé une couche superficielle de carbonisation qui protégeait le bois sous-jacent, des caractéristiques qui pouvaient limiter les dommages et la propagation du feu. « Cela a également réduit la production de fumée de 56%, un degré inhabituellement élevé », explique Kolibaba. Contrairement aux revêtements antérieurs de l’équipe, qui sont maintenus ensemble par des liaisons ioniques, celui-ci est lié par covalence. Grunlan s’attend donc à ce qu’il soit résistant à l’eau – et donc durable – et éventuellement aussi hydrofuge et antifongique.

Les utilisateurs industriels pourraient enduire des matériaux de construction, tels que des montants en bois et d’autres éléments de charpente, ou des panneaux de copeaux orientés (un type de bois d’ingénierie similaire aux panneaux de particules). Les propriétaires pourraient utiliser un pulvérisateur à dos pour protéger les structures existantes telles que les clôtures ou les granges, dont il a été démontré qu’elles propagent les incendies de forêt, explique Kolibaba. D’autres applications potentielles incluent les textiles et la mousse de polyuréthane pour les vêtements, l’ameublement et les secteurs de l’automobile et de l’aviation, explique Grunlan. Les polyélectrolytes durcissables aux UV pourraient également être utilisés comme résine pour fabriquer des pièces imprimées en 3D, qui sont inflammables lorsqu’elles sont fabriquées avec des résines conventionnelles, ajoute Kolibaba. Cela pourrait être particulièrement bénéfique dans les environnements aérospatiaux, tels que la Station spatiale internationale, note-t-il.