I ritardanti di fiamma sono presenti in migliaia di oggetti di uso quotidiano, dall'abbigliamento ai mobili all'elettronica. Sebbene queste sostanze possano aiutare a prevenire lesioni e decessi dovuti a incendi, potrebbero avere effetti nocivi sulla salute umana e sull'ambiente. Di particolare interesse sono quelli noti come organoalogeni, che derivano dal petrolio. Oggi, gli scienziati riferiscono potenzialmente meno tossici, ritardanti di fiamma biodegradabili da una fonte improbabile:le piante.

I ricercatori presenteranno i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Le migliori sostanze chimiche ignifughe sono state i composti organoalogenati, aromatici particolarmente bromurati, "dice Bob Howell, dottorato di ricerca, ricercatore principale del progetto. "Il problema è, quando butti via gli oggetti, e vanno in discarica, queste sostanze possono penetrare nell'ambiente."

La maggior parte dei ritardanti di fiamma organoalogeni sono molto stabili. I microrganismi nel suolo o nell'acqua non possono degradarli, quindi persistono per molti anni nell'ambiente, risalendo la catena alimentare. Inoltre, alcuni dei composti possono migrare dagli elementi a cui vengono aggiunti, come l'elettronica, ed entrare nella polvere domestica. Sebbene gli effetti sulla salute dell'ingestione o della respirazione di ritardanti di fiamma organoalogenati siano in gran parte sconosciuti, alcuni studi suggeriscono che potrebbero essere dannosi, spingendo la California a vietare le sostanze nei prodotti per bambini, materassi e mobili imbottiti nel 2018.

"Un certo numero di ritardanti di fiamma non sono più disponibili a causa di problemi di tossicità, quindi c'è un reale bisogno di trovare nuovi materiali che, uno, non sono tossici e non persistono, e due, non fare affidamento sul petrolio, " dice Howell. La sua soluzione era identificare i composti dalle piante che potevano essere facilmente convertiti in ritardanti di fiamma aggiungendo atomi di fosforo, che sono noti per spegnere le fiamme. "Stiamo realizzando composti basati su fonti biologiche rinnovabili, " dice. "Molto spesso non sono tossici; alcuni sono anche ingredienti alimentari. E sono biodegradabili:gli organismi sono abituati a digerirli".

Per produrre i loro composti di origine vegetale, Howell e colleghi del Center for Applications in Polymer Science presso la Central Michigan University hanno iniziato con due sostanze:acido gallico, comunemente presente nella frutta, noci e foglie; e 3, Acido 5-diidrossibenzoico da grano saraceno. Usando una reazione chimica abbastanza semplice, i ricercatori hanno convertito i gruppi idrossilici su questi composti in esteri del fosforo ritardanti di fiamma. Quindi, il team ha aggiunto singolarmente i vari esteri di fosforo a campioni di una resina epossidica, un polimero spesso usato in elettronica, automobili e aerei, ed ha esaminato le proprietà dei diversi esteri con diversi test.

In uno di questi test, i ricercatori hanno dimostrato che i nuovi ritardanti di fiamma potrebbero ridurre fortemente il tasso di rilascio di calore di picco della resina epossidica, che riflette l'intensità della fiamma e la velocità con cui si diffonderà. Le sostanze di origine vegetale hanno prestazioni così come molti ritardanti di fiamma organoalogenati sul mercato. "Infatti, potrebbero essere migliori, " Dice Howell. "Poiché l'acido gallico ha tre gruppi ossidrilici all'interno della stessa molecola che possono essere convertiti in esteri del fosforo, non è necessario utilizzare tanto l'additivo, che riduce i costi".

I ricercatori hanno anche studiato come i nuovi composti spengono le fiamme, trovando che il livello di ossigenazione all'atomo di fosforo determinava la modalità di azione. Composti con un alto livello di ossigenazione (fosfati) decomposti in una sostanza che ha promosso la formazione di carbone sulla superficie del polimero, affamato la fiamma del carburante. In contrasto, composti con un basso livello di ossigenazione (fosfonati) decomposti in specie che hanno eliminato i radicali che promuovono la combustione.

La squadra di Howell non ha ancora eseguito test di tossicità, ma dice che altri gruppi hanno fatto tali studi su composti simili. "Generalmente, i composti del fosforo sono molto meno dannosi dei corrispondenti organoalogeni, " fa notare. Inoltre, le sostanze di origine vegetale non sono così volatili e hanno meno probabilità di migrare dagli oggetti alla polvere domestica. Howell spera che i nuovi ritardanti di fiamma attirino l'attenzione di un'azienda che potrebbe aiutarli a portarli sul mercato, lui dice.