Vlamvertragers zijn aanwezig in duizenden alledaagse voorwerpen, van kleding tot meubels tot elektronica. Hoewel deze stoffen brandgerelateerde verwondingen en doden kunnen helpen voorkomen, ze kunnen schadelijke gevolgen hebben voor de menselijke gezondheid en het milieu. Van bijzonder belang zijn die die bekend staan ​​als organohalogenen, die zijn afgeleid van aardolie. Vandaag, wetenschappers melden mogelijk minder toxisch, biologisch afbreekbare vlamvertragers uit een onwaarschijnlijke bron:planten.

De onderzoekers zullen hun resultaten presenteren op de American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"De beste vlamvertragende chemicaliën zijn organohalogeenverbindingen, met name gebromeerde aromaten, " zegt Bob Howell, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project. "Het probleem is, als je spullen weggooit, en ze gaan naar een stortplaats, deze stoffen kunnen uitspoelen naar het milieu."

De meeste organohalogeen vlamvertragers zijn zeer stabiel. Micro-organismen in de bodem of het water kunnen ze niet afbreken, zodat ze jarenlang in het milieu blijven, zich een weg banen in de voedselketen. In aanvulling, sommige verbindingen kunnen migreren uit items waaraan ze zijn toegevoegd, zoals elektronica, en in huisstof terechtkomen. Hoewel de gezondheidseffecten van inname of ademhaling van organohalogeenvlamvertragers grotendeels onbekend zijn, sommige onderzoeken suggereren dat ze schadelijk kunnen zijn, Californië ertoe aanzetten de stoffen in kinderproducten te verbieden, matrassen en gestoffeerde meubels in 2018.

"Een aantal vlamvertragers is niet langer beschikbaar vanwege toxiciteitsproblemen, dus er is een reële behoefte om nieuwe materialen te vinden die, een, zijn niet giftig en houden niet aan, en twee, vertrouw niet op aardolie, " zegt Howell. Zijn oplossing was om verbindingen uit planten te identificeren die gemakkelijk konden worden omgezet in vlamvertragers door fosforatomen toe te voegen, waarvan bekend is dat ze vlammen doven. "We maken verbindingen die zijn gebaseerd op hernieuwbare biobronnen, " zegt hij. "Zeer vaak zijn ze niet giftig; sommige zijn zelfs voedselingrediënten. En ze zijn biologisch afbreekbaar - organismen zijn eraan gewend ze te verteren."

Om hun plantaardige verbindingen te maken, Howell en collega's van het Center for Applications in Polymer Science aan de Central Michigan University begonnen met twee stoffen:galluszuur, vaak gevonden in fruit, noten en bladeren; en 3, 5-dihydroxybenzoëzuur uit boekweit. Met behulp van een vrij eenvoudige chemische reactie, de onderzoekers zetten hydroxylgroepen op deze verbindingen om in vlamvertragende fosforesters. Vervolgens, het team voegde de verschillende fosforesters afzonderlijk toe aan monsters van een epoxyhars, een polymeer dat vaak wordt gebruikt in de elektronica, auto's en vliegtuigen, en onderzocht de eigenschappen van de verschillende esters met verschillende tests.

Bij een van deze testen de onderzoekers toonden aan dat de nieuwe vlamvertragers de maximale warmteafgifte van de epoxyhars sterk konden verminderen, die de intensiteit van de vlam weerspiegelt en hoe snel deze zich gaat verspreiden. De van planten afgeleide stoffen presteerden even goed als veel organohalogeen vlamvertragers op de markt. "Eigenlijk, ze zijn misschien beter, " zegt Howell. "Omdat galluszuur drie hydroxylgroepen heeft binnen hetzelfde molecuul die kunnen worden omgezet in fosforesters, je hoeft niet zoveel van het additief te gebruiken, wat de kosten verlaagt."

De onderzoekers bestudeerden ook hoe de nieuwe verbindingen vlammen doven, vond dat het niveau van oxygenatie aan het fosforatoom het werkingsmechanisme bepaalde. Verbindingen met een hoog zuurstofgehalte (fosfaten) ontleedden tot een stof die verkoling op het polymeeroppervlak bevorderde, de vlam van brandstof uithongeren. In tegenstelling tot, verbindingen met een laag zuurstofgehalte (fosfonaten) ontleedden tot soorten die verbranding bevorderende radicalen opruimden.

Het team van Howell heeft nog geen toxiciteitstests uitgevoerd, maar hij zegt dat andere groepen dergelijke onderzoeken hebben gedaan naar vergelijkbare verbindingen. "In het algemeen, fosforverbindingen zijn veel minder schadelijk dan de overeenkomstige organohalogenen, " merkt hij op. Bovendien, de van planten afgeleide stoffen zijn niet zo vluchtig en migreren minder snel van voorwerpen naar huisstof. Howell hoopt dat de nieuwe vlamvertragers de aandacht trekken van een bedrijf dat kan helpen om ze op de markt te brengen, hij zegt.