Un retardante de llama sostenible derivado del licor de maceración del maíz
Un retardante de llama de origen biológico, derivado de las aguas residuales de la producción de almidón, iguala la eficacia de los compuestos comerciales de referencia
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Los retardantes de llama halogenados suscitan preocupaciones medioambientales y se consideran perjudiciales para la salud humana. Por ello, los investigadores llevan muchos años buscando alternativas. Los investigadores del Fraunhofer se están centrando en materias primas sostenibles a base de fósforo derivadas del licor de remojo del maíz. El ácido fítico que contiene es un excelente retardante de llama natural para biomateriales.
Ciertos compuestos de fósforo son muy eficaces para extinguir incendios, por lo que se utilizan ampliamente en los retardantes de llama. Sin embargo, el fósforo es un recurso finito. Las estimaciones sugieren que podría agotarse en los próximos 50 a 300 años. Por eso, en el marco del proyecto ScaleAmP, un equipo de investigación está trabajando para extraer fósforo del licor de maceración del maíz, un subproducto de la producción de almidón. El equipo reúne a investigadores del Instituto Fraunhofer de Investigación de la Madera, el Instituto Wilhelm-Klauditz (WKI) y el Instituto Fraunhofer de Investigación Aplicada de Polímeros (IAP). Junto con sus socios, están utilizando el licor de maceración del maíz para desarrollar un retardante de llama destinado a su uso en compuestos de madera y plástico (WPC) y otros biomateriales.
El ácido fítico que se puede extraer del licor de maceración del maíz, también conocido como fitato, es una fuente natural de fósforo. Se encuentra en grandes cantidades en plantas como el maíz, el salvado de trigo, la soja y el arroz. «Los retardantes de llama halogenados comerciales son muy eficaces, pero también son tóxicos y perjudiciales para el medio ambiente. Para contribuir a la protección del clima y cumplir los requisitos normativos, la industria está acelerando su transición hacia retardantes de llama sostenibles a base de fósforo», afirma Matthias Bischoff, investigador científico del Fraunhofer WKI. «Apoyamos esta tendencia utilizando el ácido fítico del licor de maceración del maíz como ingrediente activo en los retardantes de llama y desarrollando un proceso rentable para producir el retardante a escala técnica». Los socios de investigación están demostrando las posibles aplicaciones y las propiedades ignífugas utilizando un material compuesto de madera y plástico, que se emplea en la construcción y en las industrias automovilística y del mueble.
Gracias a su alto contenido en fósforo, el ácido fítico tiene un gran potencial como retardante de llama, especialmente en forma de fitatos de amonio. Al calentarse, la molécula forma una capa aislante de carbono que corta el suministro de oxígeno al fuego. Sin embargo, para que el retardante de llama sea eficaz, el ácido fítico necesita imperativamente una fuente de nitrógeno con la que forme un compuesto sinérgico con el fósforo. El ácido fítico puro es ineficaz y tiene un pH muy bajo, lo que lo hace incompatible con la mayoría de los materiales.
Extracción sostenible del ácido fítico
Uno de los retos a los que se enfrentaron los investigadores fue desarrollar un proceso eficiente y rentable para purificar el ácido fítico, que es altamente soluble en agua. Mediante una serie de sencillos pasos procedimentales, los investigadores del Fraunhofer IAP lograron extraer el ácido fítico. Al separar los sólidos de los líquidos y ajustar el pH, separaron las proteínas y los ácidos orgánicos, los principales componentes del licor de maceración del maíz. Otro reto consistió en identificar qué aminas funcionan mejor con el ácido fítico para evaluar el rendimiento como retardante de llama. Para ello, Bischoff y su equipo del Fraunhofer WKI estudiaron más de 20 aminas diferentes.
Los retardantes de llama de origen biológico pueden competir con los productos no sostenibles disponibles en el mercado
Los fitatos de amonio obtenidos se incorporaron a muestras de WPC. Para evaluar el rendimiento ignífugo de diferentes formulaciones de fitato de amonio en diversas proporciones, los investigadores realizaron ensayos estándar, como el ensayo de inflamabilidad UL 94 y el ensayo del índice de oxígeno límite. A continuación, compararon las muestras de WPC para evaluar la eficacia de las distintas formulaciones de fitato de amonio. El resultado: la mejor formulación de fitato de amonio sometida a ensayo ofreció un rendimiento ignífugo comparable al del producto de referencia disponible en el mercado.
Hasta ahora, los investigadores del Fraunhofer han estado extrayendo ácido fítico a escala de 1 kilogramo. El siguiente paso sería ampliar la producción hasta los 100 kilogramos. También tienen previsto utilizar materias primas adicionales además del licor de remojo de maíz, como el arroz o el trigo, y perfeccionar aún más el proceso de purificación. «Su potencial para el uso a escala industrial depende de la combinación de un suministro fiable, la facilidad de procesamiento, el rendimiento como retardante de llama y el precio», afirma Bischoff.
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