Flammehæmmere - fra planter

Flammehæmmere er til stede i tusindvis af hverdagsting, fra tøj til møbler til elektronik. Selvom disse stoffer kan hjælpe med at forhindre brandrelaterede skader og dødsfald, de kan have skadelige virkninger på menneskers sundhed og miljøet. Særligt bekymrende er dem kendt som organohalogener, som er udvundet af petroleum. I dag, videnskabsmænd rapporterer potentielt mindre giftig, biologisk nedbrydelige flammehæmmere fra en usandsynlig kilde:planter.

Forskerne vil præsentere deres resultater på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition efterår 2019.

"De bedste flammehæmmende kemikalier har været halogenorganiske forbindelser, især bromerede aromater, " siger Bob Howell, Ph.D., projektets hovedefterforsker. "Problemet er, når du smider ting væk, og de går på lossepladsen, disse stoffer kan udvaskes i miljøet."

De fleste organohalogen flammehæmmere er meget stabile. Mikroorganismer i jorden eller vandet kan ikke nedbryde dem, så de bliver ved i mange år i miljøet, arbejder sig op i fødekæden. Ud over, nogle af forbindelserne kan migrere ud af genstande, som de er tilsat, såsom elektronik, og trænge ind i husholdningsstøv. Selvom sundhedsvirkningerne af at indtage eller indånde organohalogen flammehæmmere stort set er ukendte, nogle undersøgelser tyder på, at de kan være skadelige, får Californien til at forbyde stofferne i børneprodukter, madrasser og polstrede møbler i 2018.

"En række flammehæmmere er ikke længere tilgængelige på grund af toksicitetsbekymringer, så der er et reelt behov for at finde nye materialer, en, er ugiftige og vedvarer ikke, og to, stol ikke på olie, Howell siger. Hans løsning var at identificere forbindelser fra planter, der nemt kunne omdannes til flammehæmmere ved at tilføje fosforatomer, som er kendt for at slukke flammer. "Vi laver forbindelser, der er baseret på vedvarende biokilder, " siger han. "Meget ofte er de ikke-giftige; nogle er endda fødevareingredienser. Og de er biologisk nedbrydelige - organismer er vant til at fordøje dem."

For at fremstille deres plante-afledte forbindelser, Howell og kolleger ved Center for Applications in Polymer Science ved Central Michigan University begyndte med to stoffer:gallussyre, almindeligt forekommende i frugter, nødder og blade; og 3, 5-dihydroxybenzoesyre fra boghvede. Ved hjælp af en ret simpel kemisk reaktion, forskerne omdannede hydroxylgrupper på disse forbindelser til flammehæmmende phosphorestere. Derefter, holdet tilføjede de forskellige fosforestere individuelt til prøver af en epoxyharpiks, en polymer, der ofte bruges i elektronik, biler og fly, og undersøgte de forskellige esteres egenskaber med flere tests.

I en af ​​disse tests forskerne viste, at de nye flammehæmmere kraftigt kunne reducere den maksimale varmeafgivelseshastighed af epoxyharpiksen, som afspejler flammens intensitet og hvor hurtigt den kommer til at sprede sig. De plante-afledte stoffer præsterede lige så godt som mange organohalogen flammehæmmere på markedet. "Faktisk, de kan være bedre, Howell siger. "Fordi gallussyre har tre hydroxylgrupper i det samme molekyle, som kan omdannes til fosforestere, du behøver ikke bruge så meget af tilsætningsstoffet, hvilket reducerer omkostningerne."

Forskerne undersøgte også, hvordan de nye forbindelser slukker flammer, fandt ud af, at iltningsniveauet ved fosforatomet bestemte virkningsmåden. Forbindelser med et højt niveau af iltning (phosphater) nedbrydes til et stof, der fremmer kuldannelse på polymeroverfladen, udsulte flammen af ​​brændstof. I modsætning, forbindelser med et lavt niveau af iltning (fosfonater) nedbrydes til arter, der opfanger forbrændingsfremmende radikaler.

Howells team har endnu ikke udført toksicitetstest, men han siger, at andre grupper har lavet sådanne undersøgelser på lignende forbindelser. "Generelt, fosforforbindelser er meget mindre skadelige end de tilsvarende organohalogener, " bemærker han. Desuden de plante-afledte stoffer er ikke så flygtige og er mindre tilbøjelige til at migrere fra genstande til husholdningsstøv. Howell håber, at de nye flammehæmmere vil tiltrække opmærksomhed fra en virksomhed, der kan hjælpe med at bringe dem på markedet, han siger.