Segatura mineralizzata utilizzata per materiali compositi ignifughi / Mineralised sawdust used for fire resistant composite

Segatura mineralizzata utilizzata per materiali compositi ignifughi / Mineralised sawdust used for fire resistant composite

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Alcuni ricercatori svizzeri hanno creato un materiale ignifugo molto resistente utilizzando segatura mineralizzata con l'aiuto di semi di anguria.  

Sviluppato da un gruppo dell'ETH di Zurigo e dell'istituto svizzero di materiali Empa, il composito è realizzato utilizzando il minerale struvite, un fosfato di ammonio e magnesio cristallino ed incolore. Pur essendo noto da tempo per la sua resistenza al fuoco, il suo comportamento di cristallizzazione ne ha finora impedito la combinazione con materiali come la segatura. Il gruppo ha risolto questo problema utilizzando un enzima estratto dai semi di anguria per controllare il comportamento della struvite, creando grandi cristalli che riempiono le cavità tra le particelle di segatura e le legano saldamente tra loro.

Una volta assemblato, il composito viene pressato per due giorni, quindi estratto dallo stampo e asciugato a temperatura ambiente.  Secondo Ronny Kürsteiner, che ha contribuito allo sviluppo del processo nell'ambito della sua tesi di dottorato, il prodotto risultante possiede qualità strutturali superiori rispetto al legno da cui deriva.

"Il materiale è più resistente alla compressione perpendicolare alle venature rispetto al legno di abete rosso originale", ha affermato.  

In collaborazione con il Politecnico di Torino, il gruppo ha testato il materiale in un calorimetro a cono, che simula il comportamento di un materiale esposto ad una fonte di calore esterna. Mentre il legno di abete non trattato si incendia in circa 15 secondi, il composito di segatura di struvite ha impiegato più del triplo del tempo. Una volta incendiato, si forma rapidamente anche uno strato protettivo di materiale inorganico e carbonio, che ostacola l'ulteriore propagazione del fuoco.

"I pannelli di segatura di struvite si proteggono essenzialmente da soli", ha affermato Kürsteiner. 

Le prime stime indicano che il composito potrebbe offrire la stessa classe di protezione antincendio dei tradizionali pannelli di particelle legati con cemento, che contengono dal 60 al 70% di cemento in peso e hanno di conseguenza un'impronta di carbonio significativa. Al contrario, il composito utilizza segatura che altrimenti verrebbe bruciata per produrre energia, rilasciando ulteriore carbonio nell'atmosfera. Inoltre, il pannello di segatura di struvite può essere scomposto nei suoi singoli componenti e riciclato con relativa facilità.

Secondo i ricercatori, la combinazione di resistenza meccanica e resistenza al fuoco rende il materiale particolarmente adatto per finiture interne come le pareti divisorie. Tuttavia, l'alto costo del legante a base di struvite rispetto a materiali come il cemento potrebbe rappresentare un ostacolo alla sua adozione. Il gruppo sta ora studiando come poter sfruttare un'abbondante fonte di struvite, che si accumula in grandi quantità negli impianti di depurazione, ostruendo le tubature.

"Potremmo utilizzare questi giacimenti come materia prima per i nostri materiali da costruzione", ha affermato Kürsteiner.  

Il processo per la creazione del materiale composito è descritto nella rivista Chem Circularity .

ENGLISH

Researchers in Switzerland have created a strong fireproof material using sawdust mineralised with the help of watermelon seeds.  

Developed by a team from ETH Zurich and Swiss materials institute Empa, the composite is manufactured using the mineral struvite, a crystalline, colourless ammonium magnesium phosphate. While long known for its fire resistance, its crystallisation behaviour has until now prevented it from combining with materials such as sawdust. The team solved this issue by using an enzyme extracted from watermelon seeds to control the struvite behaviour, creating large crystals that fill the cavities between the sawdust particles and bind them together firmly.

Once combined, the composite is pressed for two days, then removed from a mould and dried at room temperature. According to Ronny Kürsteiner, who helped develop the process as part of his doctoral thesis, the resulting product has superior structural qualities to the timber it is derived from.

“The material is stronger under compression perpendicular to the grain than the original spruce timber,” he said.  

Working with the Polytechnic University of Turin, the team tested the material in a cone calorimeter, which simulates how a material behaves when exposed to an external heat source. While untreated spruce ignites after around 15 seconds, the struvite sawdust composite took more than three times as long. Once ignited, a protective layer of inorganic material and carbon also forms quickly, hampering further fire spread.

“The struvite sawdust panels essentially protect themselves,” said Kürsteiner. 

Initial estimates show the composite could deliver the same fire protection class as conventional cement-bonded particle board, which contain 60 to 70 per cent cement by weight and have a significant carbon footprint as a result. Conversely, the composite uses sawdust that would otherwise be burned for energy, releasing additional carbon into the atmosphere. What’s more, the struvite sawdust board can be broken down into its individual components and recycled relatively easily.

According to the researchers, the combination of mechanical strength and fire resistance make the material particularly suitable for internal fittings such as partition walls. However, the high cost of the struvite binder relative to materials like cement could be a barrier to adoption. The team is now investigating how it might be able to tap into an abundant source of struvite, which accumulates in large quantities in sewage treatment plants, clogging pipes.

“We could use these deposits as a raw material for our building material,” said Kürsteiner.  

The process for creating the composite is described in the journal Chem Circularity.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/mineralised-sawdust-composite-shows-high-fire-resistance?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20180326%20-%20Wednesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fmineralised-sawdust-composite-shows-high-fire-resistance&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer