Was gibt es Neues bei sicheren Flammschutzmitteln?

Ich habe es satt, immer auf die schädlichen Chemikalien hinzuweisen, die uns schaden können. Daher dachte ich, es könnte Spaß machen, herauszufinden, ob es neue Forschungsergebnisse zu Flammschutzmitteln gibt, die möglicherweise auf den Markt kommen – und die weder uns noch unserem Planeten schaden!

Derzeit sind über 175 Flammschutzmittelverbindungen auf dem Markt und der Industrieumsatz beläuft sich nach Angaben der European Flame Retardants Association in den USA auf über 600 Millionen US-Dollar pro Jahr und weltweit auf fast 2 Milliarden US-Dollar.

Flammschutzmittel sind viel häufiger anzutreffen, als die meisten von uns glauben. Viele Materialien enthalten recht hohe Mengen an Flammschutzmitteln: Zellulosedämmstoffe bestehen zu etwa 20 Gewichtsprozent aus Flammschutzmitteln, Kunststoffgehäuse von Fernsehern und Computern enthalten oft 10–20 Prozent und Polster aus Polyurethanschaum können bis zu 30 Prozent enthalten. Einige Materialien enthalten sehr geringe Mengen an Flammschutzmitteln: Polystyrolschaumisolierungen enthalten typischerweise 0,5–2,0 Gewichtsprozent HBCD (Hexabromcyclododecan).

Hersteller von Produkten mit weniger als 1 % Flammschutzmittel müssen diese nicht in den Sicherheitsdatenblättern (MSDS) aufführen, da sie unter dem Schwellenwert für die erforderliche Auflistung liegen. Einige Produkte verwenden Flammschutzmittel als sekundäre Komponenten, was ein MSDS ebenfalls irreführend machen kann.

Die meisten aktuellen Bedenken im Zusammenhang mit Flammschutzmitteln betreffen bromierte Flammschutzmittel (BFRs). Bromierte Flammschutzmittel werden aufgrund ihrer Wirksamkeit und relativ geringen Kosten häufig für Kunststoffe verwendet. Mehr als 75 dieser Verbindungen oder Mischungen sind kommerziell anerkannt. Einige davon sind generische Verbindungen, die von einer Reihe von Herstellern hergestellt werden; andere sind proprietäre Formulierungen, die sich von Produkt zu Produkt leicht unterscheiden. Die bekanntesten BFRs sind heute PBDEs, HBCD und TBBPA – mit keinem von ihnen möchte irgendjemand leben.

Gibt es also heute ein sicheres Flammschutzmittel auf dem Markt? Noch nicht, aber es gibt vielversprechende Forschungsergebnisse. Hier sind drei Entdeckungen, die die Flammschutzlandschaft verändern könnten:

1. Forscher in Italien haben nachgewiesen, dass Kaseine – in Milch vorkommende Proteine, die als Nebenprodukt der Käseherstellung entstehen – eine Alternative zu Flammschutzmitteln darstellen könnten. Einige Arten von Flammschutzmitteln, wie etwa Organophosphatester, verdanken ihre feuerhemmenden Eigenschaften ihrem hohen Phosphorgehalt. Wenn sie verbrennen, bildet sich eine Polymerschicht aus Phosphorsäure und hinterlässt eine verkohlte Schicht, die die Wärmeübertragung auf unverbrannte Bereiche des Materials blockiert und so die Ausbreitung des Feuers verlangsamt. Jenny Alongi von der Polytechnischen Universität Turin und ihre Kollegen beschlossen, eine Proteinfamilie namens Kaseine als alternative Flammschutzmittel zu untersuchen, da diese viele Phosphatgruppen enthalten. Kaseine kommen in der Molke vor, die ein Nebenprodukt der Käseherstellung ist. In Ländern mit großer Käseproduktion wie Italien und Frankreich sind die Proteine ​​daher billig und in großen Mengen vorhanden, sagt Alongi.

Das Team beschichtete drei Materialien – Baumwolle, Polyester und eine Mischung aus 65 % Polyester und 35 % Baumwolle – mit den Proteinen, indem es die Stoffe in mit Kaseinpulver vermischtem destilliertem Wasser einweichte. Anschließend unterzogen die Forscher die Proben einer Reihe von Entflammbarkeitstests. Die Ergebnisse waren ermutigend: In mit Kaseinen behandelten Stoffen aus reiner Baumwolle und Polyester erloschen die Flammen von selbst, wobei 86 % der Baumwolle und 77 % des Polyesters unverbrannt blieben. Die Baumwoll-Polyester-Mischung brannte vollständig, allerdings dauerte dies 60 % länger als beim unbehandelten Material. Auch die flammhemmenden Eigenschaften von Kaseinen schneiden im Vergleich zu denen von Ammoniumpolyphosphat (APP), einem Flammschutzmittel, das zum Flammschutz von Polyolefinen und Polyurethanen verwendet wird, gut ab. Die Kaseine bilden auf den Stoffproben effektiv eine verkohlte Schicht und erzeugen bei der Verbrennung keine giftigen Dämpfe.

Bevor Kasein als Flammschutzmittel eingesetzt werden kann, müssen Forscher noch viele Probleme lösen, beispielsweise verhindern, dass die Proteine ​​aus den Materialien ausgewaschen werden. Das Team testet derzeit lichthärtende Harze und Moleküle wie Harnstoff, die die Kaseinmoleküle an die Oberfläche des Gewebes binden könnten, sagt Alongi. Ein weiteres Problem ist, dass mit Kasein behandelte Materialien ranzig riechen. Alongi und ihre Kollegen suchen nach Möglichkeiten, die mit Kasein verbundenen Moleküle zu entfernen, die den Geruch verursachen. [1]

2. Was wie die Zutaten für einen Zaubertrank klingt – ein Schuss Ton, ein Klecks Fasern aus Krabbenschalen und ein Klecks DNA – sind tatsächlich die Zutaten vielversprechender, sicherer Flammschutzmittel, die von Forschern am National Institute of Standards and Technology (NIST) erfunden wurden.

Auf Polyurethanschaum aufgetragen, reduzierten die biobasierten Beschichtungen die Entflammbarkeit der üblichen Möbelpolsterung erheblich, nachdem diese einer offenen Flamme ausgesetzt wurde. Die Spitzen- und Durchschnittsraten der Wärmefreisetzung – zwei wichtige Indikatoren für das Ausmaß einer Brandgefahr – wurden um 48 Prozent bzw. 77 Prozent reduziert, berichtet das NIST-Team in der Zeitschrift Grüne Materialien .

„Dies ist die größte Reduzierung der Entflammbarkeit, die wir bisher erreicht haben“, sagt Teamleiter Rick Davis. Die rein natürlichen Beschichtungen übertreffen andere vielversprechende experimentelle Flammschutzmittel, die die NIST-Forscher mit ihrer Schicht-für-Schicht-Montagemethode entwickelt haben. Davis sagt jedoch, dass die biobasierten Beschichtungen großzügiger aufgetragen werden müssen, in Stapeln von etwa 20 Schichten statt sechs oder sieben Schichten.

Die neuen Beschichtungen verwenden negativ geladene DNA-Moleküle, um zwei positiv geladene Materialien zu verbinden, von denen bekannt ist, dass sie die Feuerfestigkeit erhöhen: Montmorillonit, eine Art weicher Ton, der winzige Kristalle bildet, und Chitosan, eine Faser, die aus den Schalen von Garnelen, Hummern und anderen Krustentieren gewonnen wird. DNA wiederum, die aus Heringssperma gewonnen wurde, könnte ebenfalls zusätzlichen Schutz bieten, da sie bei Erhitzung Blasen bildet und aufquillt und so das darunterliegende Material schützt. [2]

3. Im September 2015 veröffentlichten Forscher der University of Texas in Austin (UT) ihre Entdeckung eines Flammschutzmittels, das ungiftig ist und sich im Laufe der Zeit nicht im Körper von Menschen anreichert, die damit in Kontakt kommen. Es besteht vollständig aus dem chemischen Stoff Dopamin – dem Neurotransmitter in unserem Gehirn, der mit Belohnung und Vergnügen in Verbindung gebracht wird. Die Forscher orientierten sich an Meeresmuscheln, die einen schleimartigen „Kleber“ aus Dopamin absondern, der es den Muscheln ermöglicht, an nahezu jeder Oberfläche zu haften, einschließlich Teflon, das allgemein als nicht klebend gilt. Der „Kleber“ der Muscheln stand im Mittelpunkt mehrerer Studien, insbesondere hinsichtlich seiner Verwendung als Bioklebstoff; er ist ungiftig und daher für Anwendungen im Körper attraktiv, beispielsweise zum Schließen von Schnitten ohne Nähen.

Christopher Ellison, außerordentlicher Professor an der Cockrell School of Engineering der UT, und sein Team stellten fest, dass die Beschichtung auf Dopaminbasis hervorragend als Feuerhemmer funktioniert. Laut der Studie des Teams reduziert der Dopaminhemmer die Intensität eines Feuers sogar 20 Prozent besser als derzeit auf dem Markt erhältliche Hemmer. „Wir haben sie alle geschlagen“, sagt Ellison. [3]

Es ist also möglich, dass die Entwicklung sicherer Flammschutzmittel in Sicht ist – und eines kann ich Ihnen sagen: Viele Leute suchen danach.

[1] http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/03/Milk-Proteins-Protect-Fabrics-Fire.html

[2] http://www.nist.gov/el/fire_research/fire-060314.cfm

[3] http://www.newsweek.com/2015/10/23/new-nontoxic-flame-retardant-derived-dopamine-381616.html