Les retardateurs de flamme sont présents dans des milliers d'objets du quotidien, des vêtements aux meubles en passant par l'électronique. Bien que ces substances puissent aider à prévenir les blessures et les décès liés aux incendies, ils pourraient avoir des effets nocifs sur la santé humaine et l'environnement. Sont particulièrement préoccupants ceux connus sous le nom d'organohalogénés, qui sont dérivés du pétrole. Aujourd'hui, les scientifiques rapportent potentiellement moins toxique, retardateurs de flamme biodégradables d'une source improbable :les plantes.

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS) à l'automne 2019.

"Les meilleurs produits chimiques ignifuges ont été des composés organohalogénés, aromatiques particulièrement bromés, " dit Bob Howell, Doctorat., le chercheur principal du projet. "Le problème est, lorsque vous jetez des objets, et ils vont dans une décharge, ces substances peuvent s'infiltrer dans l'environnement.

La plupart des retardateurs de flamme organohalogénés sont très stables. Les micro-organismes du sol ou de l'eau ne peuvent pas les dégrader, donc ils persistent pendant de nombreuses années dans l'environnement, gravir les échelons de la chaîne alimentaire. En outre, certains des composés peuvent migrer hors des éléments auxquels ils sont ajoutés, comme l'électronique, et entrer dans la poussière domestique. Bien que les effets sur la santé de l'ingestion ou de l'inhalation de retardateurs de flamme organohalogénés soient en grande partie inconnus, certaines études suggèrent qu'ils pourraient être nocifs, incitant la Californie à interdire les substances contenues dans les produits pour enfants, matelas et meubles rembourrés en 2018.

"Un certain nombre de retardateurs de flamme ne sont plus disponibles en raison de problèmes de toxicité, il y a donc un réel besoin de trouver de nouveaux matériaux qui, une, sont non toxiques et ne persistent pas, et deux, ne comptez pas sur le pétrole, ", explique Howell. Sa solution était d'identifier des composés de plantes qui pourraient facilement être convertis en retardateurs de flamme en ajoutant des atomes de phosphore, qui sont connus pour éteindre les flammes. "Nous fabriquons des composés à base de biosources renouvelables, " dit-il. " Très souvent, ils ne sont pas toxiques; certains sont même des ingrédients alimentaires. Et ils sont biodégradables, les organismes sont habitués à les digérer. »

Pour fabriquer leurs composés d'origine végétale, Howell et ses collègues du Center for Applications in Polymer Science de la Central Michigan University ont commencé avec deux substances :l'acide gallique, trouve couramment dans les fruits, noix et feuilles; et 3, Acide 5-dihydroxybenzoïque de sarrasin. En utilisant une réaction chimique assez simple, les chercheurs ont converti les groupes hydroxyle de ces composés en esters phosphoreux ignifuges. Puis, l'équipe a ajouté les différents esters phosphoreux individuellement à des échantillons d'une résine époxy, un polymère souvent utilisé en électronique, automobiles et avions, et examiné les propriétés des différents esters avec plusieurs tests.

Dans l'un de ces tests, les chercheurs ont montré que les nouveaux retardateurs de flamme pouvaient fortement réduire le taux de dégagement de chaleur maximal de la résine époxy, qui reflète l'intensité de la flamme et la vitesse à laquelle elle va se propager. Les substances d'origine végétale ont été aussi performantes que de nombreux retardateurs de flamme organohalogénés sur le marché. "En réalité, ils sont peut-être meilleurs, " Howell dit. "Parce que l'acide gallique a trois groupes hydroxyle dans la même molécule qui peuvent être convertis en esters phosphoreux, vous n'avez pas besoin d'utiliser autant d'additif, ce qui réduit les coûts."

Les chercheurs ont également étudié comment les nouveaux composés éteignent les flammes, constatant que le niveau d'oxygénation de l'atome de phosphore déterminait le mode d'action. Composés à haut niveau d'oxygénation (phosphates) décomposés en une substance qui favorise la formation de charbon à la surface du polymère, affamer la flamme de carburant. En revanche, composés avec un faible niveau d'oxygénation (phosphonates) décomposés en espèces qui piègent les radicaux favorisant la combustion.

L'équipe de Howell n'a pas encore effectué de tests de toxicité, mais il dit que d'autres groupes ont fait de telles études sur des composés similaires. "En général, les composés phosphorés sont beaucoup moins nocifs que les organohalogénés correspondants, ", note-t-il. De plus, les substances d'origine végétale ne sont pas aussi volatiles et sont moins susceptibles de migrer des objets vers la poussière domestique. Howell espère que les nouveaux retardateurs de flamme attireront l'attention d'une entreprise qui pourrait aider à les mettre sur le marché, il dit.