Umówmy się – kolorowe opakowania odżywek, często ozdobione podobiznami mężczyzn prezentujących umięśnienie, nie kojarzą się z wiedzą. A niesłusznie. Lektura składu tych specyfików to gotowa ściągawka z lekcji o aminokwasach, cegiełkach, z których zbudowane są białka – a w konsekwencji także klockach budulcowych naszego ciała.
Składnikami suplementów diety zainteresowali się naukowcy z Centralnego Instytutu Ochrony Pracy – Państwowego Instytutu Badawczego (CIOP-PIB) – ale jak sami zapewniają, nie było to związane z planem treningowym. Chodziło o to, aby sprawdzić, jak zachowują się one w kontakcie z ogniem. Aminokwasy w odżywkach mają formę bardzo drobnego proszku, a ponieważ pył jest wszędobylski, to stanowi potencjalne zagrożenie pożarowe i wybuchowe (bardzo groźny jest np. pył węglowy, drzewny, zbożowy). – Chcieliśmy zbadać, jak pyły aminokwasów zachowują się np. w kontakcie z płomieniem lub czy mają właściwości wybuchowe – tłumaczy dr inż. Maciej Celiński z instytutu.
Spali się nawet diament
W tym czasie w CIOP-PIB prowadzono też prace nad poszukiwaniem związków chemicznych, które ograniczą palność tworzyw sztucznych wykorzystywanych w m.in. budownictwie. O konieczności takich badań nikogo nie trzeba przekonywać – dobitnie pokazał to np. pożar Grenfell Tower w Londynie w 2017 r., gdzie ogień szybko zajął cały budynek, przemieszczając się po elewacji wykonanej m.in. z tworzyw sztucznych. – Są one de facto materiałami pochodzenia organicznego, a każdy taki materiał jest palny w odpowiednich warunkach. Przy odpowiednim ciśnieniu, temperaturze i zawartości tlenu spali się nawet diament – tłumaczy dr Kamila Salasińska z CIOP-PIB. – To m.in dlatego, choć na rynku jest ok. 200 substancji zwanych uniepalniaczami, służących do ograniczenia palności, nie przestajemy szukać kolejnych – dodaje.
Reklama
Dwa prowadzone równolegle programy badawcze spotkały się, kiedy wyszło na jaw, że histydyna – jeden z aminokwasów, których palność sprawdzał dr Celiński – niezwykle ciekawie zachowuje się w kontakcie z płomieniem. – Z zewnątrz powstaje warstwa zwana zwęgliną, która skutecznie chroni przed ogniem materiał położony głębiej. Zawdzięcza tę właściwość swojej porowatej strukturze przypominającej piankę lub gąbkę. Zwęglina zapewnia dobrą izolację, nie dopuszczając w ten sposób do rozkładu materiału znajdującego się pod spodem – mówi badacz.
Ograniczyć lub przerwać
Ludzkość dosłownie igra z ogniem od tysięcy lat. Z jednej strony to źródło światła i ciepła, które odegrały niebagatelną rolę w historii naszej cywilizacji, a także gatunku, pozwalając na termiczną obróbkę pożywienia. Z drugiej – niszcząca siła, przed działaniem której staramy się zabezpieczyć. Dlatego wokół ognia i tego, co dzieje się podczas pożaru, zbudowaliśmy całą naukę.
Różne materiały odmiennie reagują na ogień. Tworzywa sztuczne, które tak naprawdę są długimi łańcuchami powtarzających się jednakowych elementów (inaczej niż w przypadku białek, gdzie jest ponad 20 typów klocków), pod wpływem temperatury rozpadają się na krótsze jednostki. Z kolei te są bardziej dostępne dla niezbędnego do spalania tlenu, a w wyniku utleniania wytwarza się jeszcze więcej energii pod postacią ciepła. Kolejne długie łańcuchy rozpadają się na krótsze, te stają się łatwym łupem dla tlenu. – Stosując uniepalniacze, możemy ten proces przerwać – mówi dr Sałasińska.
Dotychczas odbywało się to za pomocą środków zwanych halogenowymi, czyli posiadającymi w swojej budowie brom lub chlor. Problem polega na tym, że skuteczność łączą z emisją drażniących i duszących dymów podczas pożaru. – Krótko mówiąc: jeśli ludziom nie zaszkodzą płomienie, zatrują się toksycznym dymem lub nie pozwoli on im dotrzeć do wyjścia ewakuacyjnego – tłumaczy badaczka.
Biatlonista z potencjałem
Histydyna jest pozbawiona tych wad, a jej dodatkową zaletą jest to, że jako substancja pochodzenia organicznego jest mniej szkodliwa dla środowiska niż środki halogenowe. Aby była jeszcze bardziej skuteczna, naukowcy wprowadzili jednak niewielkie modyfikacje, przyłączając do niej dwie cząsteczki kwasu fosforowego.
Ale zidentyfikować związek, który potencjalnie ma właściwości uniepalniające, a opracować gotowe do wdrożenia rozwiązanie – to dwie różne kwestie. Uniepalniacze to najczęściej domieszki dodawane do tworzyw sztucznych na etapie produkcji. Nigdy nie wiadomo, jak będzie się zachowywał końcowy produkt. – Co z tego, że tworzywo będzie się słabiej palić, jeśli przy okazji przestanie się dobrze formować w procesie przetwórczym lub utraci inną, ważną cechę użytkową? Dlatego sztuka polega na tym, żeby odpowiednio dobrać ilość uniepalniacza i metodę wytwarzania – mówi dr Salasińska, która wzięła ten ciężar na siebie. Dr inż. Celiński zaś zajął się produkcją pochodnej aminokwasu.
W efekcie naukowcom udało się z powodzeniem opracować związek do zastosowania w różnych tworzywach sztucznych, jak np. nienasyconej żywicy poliestrowej, żywicy epoksydowej, poli(chlorku winylu). – W naszej branży jest tak: albo udaje się ograniczyć ilość wydzielanego ciepła, albo emisję dymów. Dostępne rozwiązania dają radę w tej pierwszej lub drugiej konkurencji, ale osiągnięcie obu jest trudne. Nam udało się opracować coś, co działa na obydwu frontach – mówi badaczka z instytutu.
CZYTAJ WIĘCEJ W NAJNOWSZYM WYDANIU DGP>>>
Eureka! DGP
Trwa siódma edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do końca maja w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na początku czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora