Um retardador de chama sustentável derivado do licor de infusão do milho
O retardador de chamas de base biológica, derivado das águas residuais da produção de amido, apresenta uma eficácia equivalente à dos compostos de referência comerciais
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Os retardadores de chama halogenados suscitam preocupações ambientais e são considerados nocivos para a saúde humana. Por isso, os investigadores têm vindo a procurar alternativas há muitos anos. Os investigadores do Fraunhofer estão a concentrar-se em matérias-primas sustentáveis à base de fósforo, derivadas do licor de maceração do milho. O ácido fítico nele contido é um excelente retardador de chama natural para biomateriais.
Certos compostos de fósforo são altamente eficazes na supressão de incêndios, razão pela qual são amplamente utilizados em retardadores de chama. O fósforo, no entanto, é um recurso finito. As estimativas sugerem que poderá esgotar-se nos próximos 50 a 300 anos. É por isso que, no âmbito do projeto ScaleAmP, uma equipa de investigação está a trabalhar na extração de fósforo do licor de maceração do milho, um subproduto da produção de amido. A equipa reúne investigadores do Instituto Fraunhofer de Investigação da Madeira, do Instituto Wilhelm-Klauditz (WKI) e do Instituto Fraunhofer de Investigação Aplicada em Polímeros (IAP). Em conjunto com os seus parceiros, estão a utilizar o licor de maceração do milho para desenvolver um retardador de chamas para utilização em compósitos de madeira e plástico (WPC) e outros biomateriais.
O ácido fítico que pode ser extraído do licor de maceração do milho, também conhecido como fitato, é uma fonte natural de fósforo. Encontra-se em grandes quantidades em plantas como o milho, o farelo de trigo, a soja e o arroz. «Os retardadores de chama halogenados comerciais são altamente eficazes, mas também são tóxicos e prejudiciais ao ambiente. Para ajudar a proteger o clima e cumprir os requisitos regulamentares, a indústria está a acelerar a sua transição para retardadores de chama sustentáveis à base de fósforo», afirma Matthias Bischoff, investigador científico no Fraunhofer WKI. «Estamos a apoiar esta tendência utilizando o ácido fítico presente no licor de maceração do milho como ingrediente ativo nos retardadores de chama e desenvolvendo um processo económico para a produção do retardador de chama à escala técnica.» Os parceiros de investigação estão a demonstrar possíveis aplicações e propriedades retardadoras de chamas utilizando um material compósito de madeira e plástico, que é utilizado na construção civil e nas indústrias automóvel e do mobiliário.
Graças ao seu elevado teor de fósforo, o ácido fítico tem um forte potencial como retardador de chamas, especialmente na forma de fitatos de amónio. Quando aquecida, a molécula forma uma camada isolante de carbono que corta o fornecimento de oxigénio ao fogo. No entanto, para uma retardância eficaz, o ácido fítico requer absolutamente uma fonte de azoto para formar um composto sinérgico com o fósforo. O ácido fítico puro é ineficaz e tem um pH muito baixo, tornando-o incompatível com a maioria dos materiais.
Extração sustentável do ácido fítico
Um dos desafios que os investigadores enfrentaram foi o desenvolvimento de um processo eficiente e económico para purificar o ácido fítico, que é altamente solúvel em água. Através de uma série de etapas processuais simples, os investigadores do Fraunhofer IAP conseguiram extrair com sucesso o ácido fítico. Ao separar os sólidos dos líquidos e ajustar o pH, conseguiram separar as proteínas e os ácidos orgânicos, os principais componentes do licor de maceração do milho. Outro desafio consistiu em identificar quais as aminas que funcionam melhor com o ácido fítico para avaliar o desempenho dos retardadores de chama. Para tal, Bischoff e a sua equipa no Fraunhofer WKI estudaram mais de 20 aminas diferentes.
Os retardadores de chama de base biológica podem competir com os produtos não sustentáveis disponíveis no mercado
Os fitatos de amónio obtidos foram incorporados em amostras de WPC para ensaio. Para avaliar o desempenho retardador de chamas de diferentes formulações de fitato de amónio em proporções variáveis, os investigadores realizaram ensaios padrão, tais como o ensaio de inflamabilidade UL 94 e o ensaio do índice de oxigénio limite. Em seguida, compararam as amostras de WPC para avaliar a eficácia das várias formulações de fitato de amónio. O resultado: a melhor formulação de fitato de amónio testada apresentou um desempenho retardador de chamas comparável ao do produto de referência disponível no mercado.
Até ao momento, os investigadores do Fraunhofer têm vindo a extrair ácido fítico à escala de 1 quilograma. O próximo passo consistirá em aumentar a produção para 100 quilogramas. Pretendem também explorar matérias-primas adicionais para além do licor de maceração do milho, tais como o arroz ou o trigo, e aperfeiçoar ainda mais o processo de purificação. «O seu potencial para utilização à escala industrial depende da combinação de um abastecimento fiável, facilidade de processamento, desempenho retardador de chamas e preço», afirma Bischoff.
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