Flamskyddsmedel finns i tusentals vardagliga föremål, från kläder till möbler till elektronik. Även om dessa ämnen kan hjälpa till att förhindra brandrelaterade skador och dödsfall, de kan ha skadliga effekter på människors hälsa och miljön. Särskilt oroande är de som kallas organohalogener, som härrör från petroleum. I dag, forskare rapporterar potentiellt mindre giftiga, biologiskt nedbrytbara flamskyddsmedel från en osannolik källa:växter.

Forskarna kommer att presentera sina resultat vid American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"De bästa flamskyddade kemikalierna har varit halogenorganiska föreningar, särskilt bromerade aromater, " säger Bob Howell, Ph.D., projektets huvudutredare. "Problemet är, när du slänger föremål, och de går till en soptipp, dessa ämnen kan läcka ut i miljön."

De flesta organohalogena flamskyddsmedel är mycket stabila. Mikroorganismer i marken eller vattnet kan inte bryta ner dem, så de kvarstår i många år i miljön, arbeta sig upp i näringskedjan. Dessutom, några av föreningarna kan migrera ut från föremål som de tillsätts, som elektronik, och tränga in hushållsdamm. Även om hälsoeffekterna av att inta eller andas organohalogena flamskyddsmedel är i stort sett okända, vissa studier tyder på att de kan vara skadliga, som fick Kalifornien att förbjuda ämnena i barnprodukter, madrasser och stoppade möbler 2018.

"Ett antal flamskyddsmedel är inte längre tillgängliga på grund av toxicitetsproblem, så det finns ett verkligt behov av att hitta nya material som, ett, är giftfria och kvarstår inte, och två, lita inte på petroleum, Howell säger. Hans lösning var att identifiera föreningar från växter som lätt kunde omvandlas till flamskyddsmedel genom att tillsätta fosforatomer, som är kända för att släcka lågor. "Vi tillverkar föreningar som är baserade på förnybara biokällor, " säger han. "Mycket ofta är de giftfria; vissa är till och med livsmedelsingredienser. Och de är biologiskt nedbrytbara - organismer är vana vid att smälta dem."

För att göra sina växtbaserade föreningar, Howell och kollegor vid Center for Applications in Polymer Science vid Central Michigan University började med två ämnen:gallsyra, finns ofta i frukt, nötter och blad; och 3, 5-dihydroxibensoesyra från bovete. Med hjälp av en ganska enkel kemisk reaktion, forskarna omvandlade hydroxylgrupper på dessa föreningar till flamskyddade fosforestrar. Sedan, teamet tillsatte de olika fosforestrarna individuellt till prover av ett epoxiharts, en polymer som ofta används i elektronik, bilar och flygplan, och undersökte de olika estrarnas egenskaper med flera tester.

I ett av dessa tester, forskarna visade att de nya flamskyddsmedlen kraftigt kan minska den maximala värmeavgivningshastigheten för epoxihartset, som återspeglar lågans intensitet och hur snabbt den kommer att spridas. De växtbaserade ämnena fungerade lika bra som många organohalogena flamskyddsmedel på marknaden. "Faktum är att de kan vara bättre, Howell säger. "Eftersom gallussyra har tre hydroxylgrupper inom samma molekyl som kan omvandlas till fosforestrar, du behöver inte använda så mycket av tillsatsen, vilket minskar kostnaderna."

Forskarna studerade också hur de nya föreningarna släcker lågor, fann att nivån av syresättning vid fosforatomen bestämde verkningssättet. Föreningar med en hög nivå av syresättning (fosfater) sönderdelas till ett ämne som främjar kolbildning på polymerytan, svälter lågan på bränsle. I kontrast, föreningar med en låg nivå av syresättning (fosfonater) sönderdelas till arter som avlägsnade förbränningsfrämjande radikaler.

Howells team har ännu inte utfört toxicitetstester, men han säger att andra grupper har gjort sådana studier på liknande föreningar. "I allmänhet, fosforföreningar är mycket mindre skadliga än motsvarande organohalogener, " noterar han. Dessutom de växtbaserade ämnena är inte lika flyktiga och är mindre benägna att migrera från föremål till hushållsdamm. Howell hoppas att de nya flamskyddsmedlen kommer att locka uppmärksamheten från ett företag som kan hjälpa till att få ut dem på marknaden, han säger.