Ein nachhaltiges Flammschutzmittel, das aus Maisstift gewonnen wird

Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, des Wilhelm-Klauditz-Instituts WKI und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP hat eine neue Art von Flammschutzmittel entwickelt, das aus Maisfett, einem Nebenprodukt der Stärkeproduktion, hergestellt wird. Diese Innovation zielt darauf ab, eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Flammschutzmitteln zu bieten, die häufig auf Phosphor angewiesen sind, eine begrenzte Ressource, und gleichzeitig Umweltprobleme im Zusammenhang mit herkömmlichen chemischen Zusatzstoffen anzugehen. Die Ergebnisse wurden in einer kürzlich veröffentlichten Publikation in der Zeitschrift RSC Sustainability detailliert beschrieben. Die Forschung konzentriert sich auf die Extraktion von Phytinsäure, auch als Phytat bekannt, aus Maisfett.

Phytinsäure ist eine natürliche Phosphorquelle, die häufig in Pflanzenkerne wie Mais, Weizenkleie, Sojabohnen und Reis vorkommt. Forscher haben ihr Potenzial als Flammschutzmittel aufgrund ihres hohen Phosphorgehalts identifiziert. Bei Hitze bildet Phytinsäure eine isolierende Kohlenstoffschicht, die Sauerstoff blockiert und so die Ausbreitung von Feuer verhindert. Reine Phytinsäure ist jedoch als Flammschutzmittel ineffektiv, da sie keinen Stickstoff hat, der notwendig ist, um einen synergistischen Effekt mit Phosphor zu erzielen. Um dies zu beheben, experimentierte das Team mit über 20 verschiedenen Aminen, um festzustellen, welche sich effektiv mit Phytinsäure kombinieren könnten, um ihre flammschutzenden Eigenschaften zu verbessern.

Die hohe Wasserlöslichkeit des Stoffes stellte eine Herausforderung für die Forscher dar, die eine effiziente Methode zur Trennung und Reinigung von Phytinsäure entwickeln mussten. Durch eine Reihe einfacher Verfahren, einschließlich Fest-Flüssig-Trennung und pH-Anpassung, konnte das Team Phytinsäure erfolgreich aus dem flüssigen Abfallstrom isolieren. Diese Methoden ermöglichten es ihnen, unerwünschte Komponenten wie Proteine und andere organische Säuren zu entfernen und eine konzentrierte Lösung von Phytinsäure zurückzulassen.

Um die Wirksamkeit ihres neu entwickelten Flammschutzmittels zu testen, integrierten die Forscher Ammoniumphytate, Verbindungen, die durch die Kombination von Phytinsäure mit Ammoniak gebildet werden, in Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPCs). Diese Verbundwerkstoffe werden in der Bau-, Automobil- und Möbelindustrie weit verbreitet.

Derzeit ist es dem Team gelungen, Phytinsäure im Maßstab von einem Kilogramm zu extrahieren. Ihr unmittelbares Ziel ist es, die Produktion auf 100 Kilogramm zu steigern, was den Prozess für industrielle Anwendungen praktikabler machen würde. Zusätzlich zu Mais-Steep-Likör untersuchen die Forscher andere landwirtschaftliche Nebenprodukte wie Reis und Weizenkleie als potenzielle Quellen für Phytinsäure.

Matthias Bischoff, Wissenschaftler am Fraunhofer WKI, betonte die Bedeutung des Übergangs von traditionellen halogenierten Flammschutzmitteln, die sowohl giftig als auch umweltschädlich sind. Er stellte fest, dass die Nachfrage nach nachhaltigen Alternativen aufgrund strengerer Vorschriften und des zunehmenden Bewusstseins für Umweltprobleme zunimmt. "Wir unterstützen diesen Trend, indem wir die Phytinsäure im Mais-Steep-Liquor als Wirkstoff in Flammschutzmitteln verwenden und einen kostengünstigen Prozess für die Herstellung des Flammschutzmittels in technischem Maßstab entwickeln", erklärte er.

Der Erfolg dieser Forschung markiert einen bedeutenden Schritt zur Verringerung der Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Ressourcen bei der Herstellung von Flammschutzmitteln. Mit dem Fortschritt der Technologie könnte die Integration von biobasierten Materialien in industrielle Anwendungen zu breiteren Umweltvorteilen führen, darunter weniger Abfall aus landwirtschaftlichen Prozessen und geringere Emissionen aus der Fertigung. Zukünftige Studien werden sich auf die Optimierung der Formulierung und die Prüfung der langfristigen Stabilität des Flammschutzmittels unter verschiedenen Bedingungen konzentrieren.