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Hierarchically Engineered Nanocellulose-Halloysite Composite Foams for Integrated Thermal Insulation and Intrinsic Fire Resistance

Mohan, Tamilselvan und Bračič, Doris und Chandran, Nagaraj und Thomas, Harter und Fener, Resul und Dennstedt, Anne und Milow, Barbara und Ganesan, Kathirvel und Ulrich, Hirn und Rupert, Kargl und Karin, Stana Kleinscheck (2026) Hierarchically Engineered Nanocellulose-Halloysite Composite Foams for Integrated Thermal Insulation and Intrinsic Fire Resistance. Small, e75920. Wiley. doi: 10.1002/smll.75920. ISSN 1613-6810.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.75920

Kurzfassung

Achieving the simultaneous integration of thermal insulation, mechanical robustness, hydrophobicity, and intrinsic flameretardancy in bio-based porous materials remains a major challenge. Here, we report a hierarchically engineered nanocomposite foam composed of nanofibrillated cellulose (NFC), alkyl ketene dimer (AKD), and halloysite nanotubes (HNT), designed via a multiscale structure–property approach. Incorporation of HNT (1–10 wt%) reinforces the fibrillar network and introduces a hierarchical macro–mesoporous architecture, while AKD imparts durable hydrophobicity with water contact angles of 133–154°.The foams exhibit low thermal conductivity (0.031–0.046 W m-1 K-1 ), high compressive modulus (∼1.1 MPa), and excellent deformability (∼80% strain). The materials display outstanding flame retardancy, with combustion velocities reduced by overan order of magnitude (∼6 to ∼0.1 cm s-1 ) and clear self-extinguishing behavior. Thermal analysis reveals enhanced stability and increased char yield (∼45%), consistent with modified degradation pathways. Thermal cycling tests (10 cycles, 25°C–80°C) confirm structural stability with no pore collapse and negligible change in thermal conductivity (≤2.2%). This multifunctionality arises from the synergy between halloysite-induced barrier effects, hierarchical structural reinforcement, and controlled interfacial chemistry, providing a scalable route to sustainable, lightweight, and fire-safe insulation materials without toxic additives.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/228509/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Hierarchically Engineered Nanocellulose-Halloysite Composite Foams for Integrated Thermal Insulation and Intrinsic Fire Resistance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mohan, Tamilselvantamilselvan.mohan (at) tugraz.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bračič, Dorisdoris.bracic (at) um.siNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chandran, Nagarajn.chandran (at) medunigraz.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomas, Harterharter (at) tugraz.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fener, ResulResul.Fener (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dennstedt, AnneAnne.Dennstedt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Ganesan, KathirvelK.Ganesan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4876-5366232188925
Ulrich, Hirnulrich.hirn (at) tugraz.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rupert, Karglrupert.kargl (at) tugraz.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karin, Stana Kleinscheckkarin.stanakleinschek (at) tugraz.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 September 2026
Erschienen in:Small
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/smll.75920
Seitenbereich:e75920
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Compton, NevilleWiley PublicationsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Wiley
ISSN:1613-6810
Status:veröffentlicht
Stichwörter:fire-resistance; foam; halloysite; mechanical properties; nanocomposite; nanofibrillated cellulose; thermal insulation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - ZFRV-Structure
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Aerogele und hochporöse Werkstoffe
Hinterlegt von: Ganesan, Dr. Kathirvel
Hinterlegt am:04 Nov 2026 10:31
Letzte Änderung:04 Nov 2026 10:31

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