Un ritardante di fiamma sostenibile derivato dal liquido di macerazione del mais
Il ritardante di fiamma di origine biologica, ottenuto dalle acque reflue della produzione di amido, eguaglia l’efficacia dei composti di riferimento disponibili in commercio
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I ritardanti di fiamma alogenati destano preoccupazioni ambientali e sono considerati dannosi per la salute umana. Di conseguenza, i ricercatori sono alla ricerca di alternative da molti anni. I ricercatori del Fraunhofer si stanno concentrando su materie prime sostenibili a base di fosforo ricavate dal liquido di macerazione del mais. L’acido fitico in esso contenuto è un eccellente ritardante di fiamma naturale per i biomateriali.
Alcuni composti del fosforo sono altamente efficaci nel sopprimere gli incendi, motivo per cui sono ampiamente utilizzati nei ritardanti di fiamma. Il fosforo, tuttavia, è una risorsa limitata. Secondo le stime, potrebbe esaurirsi entro i prossimi 50–300 anni. Per questo motivo, nell’ambito del progetto ScaleAmP, un gruppo di ricerca sta lavorando per estrarre il fosforo dal liquido di macerazione del mais, un sottoprodotto della produzione di amido. Il team riunisce ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per la Ricerca sul Legno, del Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) e dell’Istituto Fraunhofer per la Ricerca Applicata sui Polimeri (IAP). Insieme ai partner, stanno utilizzando il liquido di macerazione del mais per sviluppare un ritardante di fiamma da impiegare nei compositi legno-plastica (WPC) e in altri biomateriali.
L’acido fitico, noto anche come fitato, che può essere estratto dal liquido di macerazione del mais, è una fonte naturale di fosforo. È presente in grandi quantità in piante quali mais, crusca di frumento, soia e riso. «I ritardanti di fiamma alogenati in commercio sono altamente efficaci, ma sono anche tossici e dannosi per l’ambiente. Per contribuire alla tutela del clima e soddisfare i requisiti normativi, l’industria sta accelerando la transizione verso ritardanti di fiamma sostenibili a base di fosforo», afferma Matthias Bischoff, ricercatore presso il Fraunhofer WKI. «Stiamo sostenendo questa tendenza utilizzando l’acido fitico contenuto nel liquido di macerazione del mais come principio attivo nei ritardanti di fiamma e sviluppando un processo economicamente vantaggioso per la produzione del ritardante di fiamma su scala tecnica». I partner di ricerca stanno dimostrando le potenziali applicazioni e le proprietà ritardanti di fiamma utilizzando un materiale composito legno-plastica, impiegato nell’edilizia e nei settori automobilistico e del mobile.
Grazie al suo elevato contenuto di fosforo, l’acido fitico presenta un forte potenziale come ritardante di fiamma, specialmente sotto forma di fitati di ammonio. Quando viene riscaldata, la molecola forma uno strato isolante di carbonio che interrompe l’apporto di ossigeno al fuoco. Tuttavia, per un’efficace ritardante di fiamma, l’acido fitico richiede assolutamente una fonte di azoto per formare un composto sinergico con il fosforo. L’acido fitico puro è inefficace e ha un pH molto basso, il che lo rende incompatibile con la maggior parte dei materiali.
Estrazione sostenibile dell’acido fitico
Una delle sfide affrontate dai ricercatori è stata quella di sviluppare un processo efficiente ed economico per purificare l’acido fitico, che è altamente solubile in acqua. Utilizzando una serie di semplici passaggi procedurali, i ricercatori del Fraunhofer IAP sono riusciti a estrarre l’acido fitico. Separando i solidi dai liquidi e regolando il pH, hanno isolato le proteine e gli acidi organici, i componenti principali del liquido di macerazione del mais. Un’altra sfida è stata identificare quali ammine funzionassero meglio con l’acido fitico per valutare le prestazioni ritardanti di fiamma. A tal fine, Bischoff e il suo team presso il Fraunhofer WKI hanno studiato più di 20 ammine diverse.
I ritardanti di fiamma a base biologica possono competere con i prodotti non sostenibili disponibili in commercio
I fitati di ammonio ottenuti sono stati incorporati in provini di WPC. Per valutare le prestazioni ignifughe di diverse formulazioni di fitato di ammonio in rapporti variabili, i ricercatori hanno eseguito test standard quali la prova di infiammabilità UL 94 e il test dell’indice limite di ossigeno. Hanno quindi confrontato i campioni di WPC per valutare l’efficacia delle varie formulazioni di fitato di ammonio. Il risultato: la migliore formulazione di fitato di ammonio testata ha offerto prestazioni ignifughe paragonabili a quelle del prodotto di riferimento disponibile in commercio.
Finora, i ricercatori del Fraunhofer hanno estratto l’acido fitico su scala di 1 chilogrammo. Il passo successivo sarebbe quello di aumentare la produzione fino a 100 chilogrammi. Prevedono inoltre di utilizzare materie prime aggiuntive oltre al liquido di macerazione del mais, come il riso o il grano, e di perfezionare ulteriormente il processo di purificazione. «Il suo potenziale per un impiego su scala industriale dipende dalla combinazione di un approvvigionamento affidabile, dalla facilità di lavorazione, dalle prestazioni ritardanti di fiamma e dal prezzo», afferma Bischoff.
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