Огнеупорный и удобный хлопок: защитная ткань без формальдегида

Mar 18, 2024

Швейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологий (EMPA), 18 сентября 2021 г.

Экономичность: ученый Empa Сабьясачи Гаан использует пар из промышленной скороварки для огнестойкости образцов хлопчатобумажной ткани. 1 кредит

Новый химический процесс, разработанный Empa, превращает хлопок в огнестойкую ткань, которая, тем не менее, сохраняет благоприятные для кожи свойства хлопка.

Современные огнестойкие хлопчатобумажные ткани выделяют формальдегид и их неудобно носить. Ученым Empa удалось обойти эту проблему, создав физически и химически независимую сеть антипиренов внутри волокон. Этот подход сохраняет присущие ему положительные свойства хлопковых волокон, на долю которых приходится три четверти мирового спроса на натуральные волокна в одежде и домашнем текстиле. Хлопок безопасен для кожи, поскольку способен впитывать значительное количество воды и поддерживать благоприятный микроклимат на коже.

Для пожарных и других сотрудников экстренных служб защитная одежда является самым важным барьером. В таких целях хлопок в основном используется в качестве внутреннего слоя ткани, которому необходимы дополнительные свойства: например, он должен быть пожаробезопасным или защищать от биологических загрязнений. Тем не менее, он не должен быть гидрофобным, что создавало бы некомфортный микроклимат. Эти дополнительные свойства можно придать хлопковому волокну путем соответствующих химических модификаций.

«До сих пор, чтобы сделать хлопок пожаробезопасным, всегда приходилось идти на компромисс», — говорит Сабьясачи Гаан, химик и эксперт по полимерам, работающий в лаборатории Advanced Fibers компании Empa. Устойчивый к стирке огнестойкий хлопок в промышленности производится путем обработки ткани антипиренами, которые химически связываются с целлюлозой, содержащейся в хлопке. В настоящее время у текстильной промышленности нет другого выбора, кроме как использовать химикаты на основе формальдегида, а формальдегид классифицируется как канцероген. Это была нерешенная проблема на протяжении десятилетий. Хотя огнезащитные средства на основе формальдегида долговечны, они имеют дополнительные недостатки: группы -OH целлюлозы химически блокируются, что значительно снижает способность хлопка впитывать воду, что приводит к получению неудобного текстиля.

Гаан хорошо знает химию хлопковых волокон и много лет работал в Empa над разработкой антипиренов на основе фосфора, которые уже используются во многих отраслях промышленности. Теперь ему удалось найти элегантный и простой способ закрепить фосфор в виде независимой сети внутри хлопка.

Новая химия фосфора также может быть использована для разработки других материалов, например, для создания гидрогелей, которые могут высвобождать лекарства при изменении pH. Такие гели могут найти применение при лечении медленно заживающих ран. В таких ранах pH поверхности кожи увеличивается, и новые гели на основе фосфора могут выделять лекарство или краситель, что предупреждает врачей и медсестер о проблеме. Empa также запатентовала производство таких гидрогелей.

Гаан и его коллеги Рашид Назир, Дамбарудхар Парида и Джоэл Боргштедт использовали трехфункциональное фосфорное соединение (оксид тривинилфосфина), которое способно вступать в реакцию только со специально добавленными молекулами (соединениями азота, такими как пиперазин), чтобы сформировать собственную сеть внутри хлопка. Это делает хлопок устойчивым к огню, не блокируя полезные группы -ОН. Кроме того, физическая сеть оксида фосфина тоже любит воду. Эта огнезащитная обработка не содержит канцерогенного формальдегида, который может подвергнуть опасности работников текстильной промышленности во время текстильного производства. Образовавшиеся таким образом сетки оксида фосфина не вымываются: после 50 стирок 95 процентов огнезащитной сетки все еще присутствует в ткани.

Чтобы придать дополнительные защитные функции огнестойкому хлопку, разработанному в Empa, исследователи также включили в ткань наночастицы серебра, полученные in situ. Это прекрасно работает в одноэтапном процессе вместе с созданием сеток оксида фосфина. Наночастицы серебра придают волокну антимикробные свойства и выдерживают 50 циклов стирки.