Le fibre a base biologica ricevono ritardanti di fiamma a legame chimico
Ritardanti di fiamma più economici ed ecologici potrebbero dare una spinta all'innovazione dei tessuti biobased
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Le fibre prodotte da plastiche biobased riducono la dipendenza dalle materie prime fossili e promuovono l'economia circolare. Il legame covalente degli additivi ignifughi può aprire la strada all'ingresso di queste fibre nel mercato di massa.
Il recente incendio in Svizzera ha rivelato quanto sia cruciale l'uso di materiali ignifughi nei materiali da costruzione, nell'isolamento e in molti altri oggetti di uso quotidiano. I tessuti con proprietà ignifughe svolgono una funzione particolarmente importante in questo ambito, poiché sono utilizzati in quantità considerevoli, non solo nei materiali da costruzione, ma anche negli indumenti di sicurezza e di protezione, negli interni dei veicoli e negli arredi domestici come tappeti e mobili imbottiti.
I composti ritardanti di fiamma sono utilizzati da decenni per le fibre sintetiche. I composti inorganici, bromurati o organofosforici, utilizzati in particolare nelle fibre di poliestere, si sono dimostrati altamente efficaci. I composti del fosforo sono leggermente meno dannosi per l'ambiente quando vengono rilasciati e sono quindi spesso la prima scelta. La loro efficacia si basa sul fatto che formano uno strato protettivo di carbonizzazione e intercettano i radicali, riducendo l'infiammabilità del materiale. Il rilascio di gas tossici e l'ulteriore sviluppo di calore sono limitati.
Da diversi anni si sta assistendo a uno spostamento dell'uso delle fibre sintetiche verso le fibre a base biologica. Sebbene la loro quota di mercato sia ancora ridotta rispetto alle fibre sintetiche consolidate, come il polietilene tereftalato o il polipropilene, sono in costante crescita. Le fibre biobased stanno acquisendo importanza perché riducono la domanda di materie prime fossili. Allo stesso tempo, il loro utilizzo sostiene l'economia circolare e riduce le emissioni di gas serra.
Un ritardo di fiamma persistente ed efficace nelle fibre biobased, che sia anche economico e rispettoso dell'ambiente, potrebbe dare ai tessuti biobased una spinta all'innovazione e contribuire a una significativa espansione del mercato. È qui che entra in gioco il team di ricerca "Polymers and Fiber Composites" del DITF con lo sviluppo di una plastica biobased ritardante di fiamma chiamata polietilene furanoato (PEF). Il PEF ha molte proprietà simili a quelle del polietilene tereftalato (PET), ampiamente utilizzato, ma a differenza del PET è prodotto con monomeri di origine biologica. Sebbene il PEF sia già tecnologicamente avanzato e in procinto di arrivare sul mercato di massa, attualmente non ha la capacità di ritardare la fiamma, che ne consentirebbe un uso diffuso nel settore tessile.
Al DITF, il PEF non viene sintetizzato solo in reattori interni. Sono state condotte anche ampie serie di test per valutare l'idoneità di vari ritardanti di fiamma a base di fosforo in diverse concentrazioni. Due cose sono importanti per i ricercatori: In primo luogo, il ritardante di fiamma deve essere legato in modo covalente alle molecole del polimero per evitare il sanguinamento. Questo è fondamentale per la protezione antincendio a lungo termine delle fibre, a causa del loro piccolo diametro e dell'elevata superficie specifica. In secondo luogo, la concentrazione di ritardante di fiamma deve essere la più bassa possibile, pur garantendo il miglior effetto possibile. Nonostante le buone proprietà antincendio, tutti gli additivi comuni hanno in comune il fatto di essere potenzialmente dannosi per la salute e, quando vengono rilasciati nell'ambiente, sono difficili da degradare perché chimicamente stabili. A Denkendorf, non solo sono riusciti a soddisfare questi requisiti. Sono anche riusciti ad aumentare il peso molecolare dei polimeri sintetizzati mediante polimerizzazione allo stato solido per ottenere fibre con una maggiore resistenza.
Ulteriori indagini termiche e reologiche sui polimeri con diverse concentrazioni di ritardante di fiamma hanno identificato la variante più adatta per il processo di filatura. Oltre alla variante PEF contenente cinque grammi di fosforo per chilogrammo di polimero sotto forma di composti organofosforici copolimerizzati, è stato filato un PEF di riferimento privo di ritardanti di fiamma. Le fibre ottenute nel laboratorio di filatura sono state trasformate in tessuti, che sono stati sottoposti a prove di resistenza al fuoco. I tessuti a maglia ritardanti di fiamma hanno mostrato una significativa riduzione dell'infiammabilità. Il DITF continuerà a studiare le fibre PEF ritardanti di fiamma e biobased.
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