Un retardateur de flamme durable issu du jus de macération du maïs
Un retardateur de flamme d'origine biologique issu des eaux usées issues de la production d'amidon offre une efficacité équivalente à celle des composés de référence disponibles dans le commerce
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Les retardateurs de flamme halogénés suscitent des préoccupations environnementales et sont considérés comme nocifs pour la santé humaine. C'est pourquoi les chercheurs s'efforcent depuis de nombreuses années de trouver des alternatives. Les chercheurs de l'institut Fraunhofer s'intéressent particulièrement aux matières premières durables à base de phosphore issues du jus de trempage du maïs. L'acide phytique qu'il contient est un excellent retardateur de flamme naturel pour les biomatériaux.
Certains composés phosphorés sont très efficaces pour lutter contre les incendies, ce qui explique leur utilisation répandue dans les retardateurs de flamme. Le phosphore est toutefois une ressource limitée. Selon certaines estimations, il pourrait être épuisé d’ici 50 à 300 ans. C’est pourquoi, dans le cadre du projet ScaleAmP, une équipe de recherche s’efforce d’extraire le phosphore de la liqueur de macération du maïs, un sous-produit de la production d’amidon. L’équipe rassemble des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la recherche sur le bois, du Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) et de l’Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères (IAP). En collaboration avec des partenaires, ils utilisent la liqueur de macération du maïs pour mettre au point un retardateur de flamme destiné aux composites bois-plastique (WPC) et à d’autres biomatériaux.
L’acide phytique, également appelé phytate, qui peut être extrait de la liqueur de macération du maïs, est une source naturelle de phosphore. On le trouve en grande quantité dans des plantes telles que le maïs, le son de blé, le soja et le riz. « Les retardateurs de flamme halogénés disponibles dans le commerce sont très efficaces, mais ils sont également toxiques et nocifs pour l’environnement. Afin de contribuer à la protection du climat et de répondre aux exigences réglementaires, l’industrie accélère sa transition vers des retardateurs de flamme durables à base de phosphore », explique Matthias Bischoff, chercheur au Fraunhofer WKI. « Nous soutenons cette tendance en utilisant l’acide phytique présent dans le jus de macération du maïs comme principe actif dans les retardateurs de flamme et en développant un procédé rentable pour produire ce retardateur à l’échelle industrielle. » Les partenaires de recherche démontrent les applications potentielles et les propriétés ignifuges à l’aide d’un matériau composite bois-plastique, utilisé dans la construction ainsi que dans les secteurs de l’automobile et de l’ameublement.
Grâce à sa forte teneur en phosphore, l’acide phytique présente un fort potentiel en tant qu’ignifuge, notamment sous forme de phytates d’ammonium. Lorsqu’elle est chauffée, la molécule forme une couche isolante de carbone qui coupe l’apport d’oxygène au feu. Cependant, pour une retardation de flamme efficace, l’acide phytique a absolument besoin d’une source d’azote afin de former un composé synergique avec le phosphore. L’acide phytique pur est inefficace et présente un pH très bas, ce qui le rend incompatible avec la plupart des matériaux.
Extraction durable de l’acide phytique
L’un des défis auxquels les chercheurs ont été confrontés consistait à mettre au point un procédé efficace et rentable pour purifier l’acide phytique, qui est hautement soluble dans l’eau. À l’aide d’une série d’étapes simples, les chercheurs du Fraunhofer IAP ont réussi à extraire l’acide phytique. En séparant les solides des liquides et en ajustant le pH, ils ont isolé les protéines et les acides organiques, principaux composants de la liqueur de trempage du maïs. Un autre défi consistait à identifier les amines les plus efficaces avec l’acide phytique pour évaluer les performances ignifuges. Pour ce faire, M. Bischoff et son équipe du Fraunhofer WKI ont étudié plus de 20 amines différentes.
Les retardateurs de flamme d’origine biologique peuvent rivaliser avec les produits non durables disponibles dans le commerce
Les phytates d’ammonium obtenus ont été incorporés dans des échantillons de WPC. Afin d’évaluer les performances ignifuges de différentes formulations de phytate d’ammonium à des dosages variés, les chercheurs ont réalisé des essais standard tels que le test d’inflammabilité UL 94 et le test de l’indice limite d’oxygène. Ils ont ensuite comparé les échantillons de WPC afin d’évaluer l’efficacité des différentes formulations de phytate d’ammonium. Résultat : la meilleure formulation de phytate d’ammonium testée a offert des performances ignifuges comparables à celles du produit de référence disponible dans le commerce.
Jusqu’à présent, les chercheurs de l’Institut Fraunhofer ont extrait l’acide phytique à l’échelle d’un kilogramme. La prochaine étape consisterait à augmenter la production jusqu’à 100 kilogrammes. Ils prévoient également d’exploiter d’autres matières premières que le jus de trempage du maïs, telles que le riz ou le blé, et d’affiner encore le processus de purification. « Son potentiel d’utilisation à l’échelle industrielle repose sur la combinaison d’un approvisionnement fiable, d’une facilité de traitement, de performances ignifuges et d’un prix compétitif », explique M. Bischoff.
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