Skaber bomuld, der er brandsikkert og behageligt

Avancerede flammehæmmende bomuldstekstiler lider under frigivelse af formaldehyd og er ubehagelige at have på. Empa-forskere formåede at omgå dette problem ved at skabe et fysisk og kemisk uafhængigt netværk af flammehæmmere inde i fibrene. Denne tilgang bevarer de iboende positive egenskaber ved bomuldsfibre, som står for tre fjerdedele af verdens efterspørgsel efter naturlige fibre i tøj og boligtekstiler. Bomuld er hudvenlig, fordi den kan absorbere betydelige mængder vand og opretholde et gunstigt mikroklima på huden.

For brandmænd og andet beredskabspersonale, beskyttelsestøj udgør den vigtigste barriere. Til sådanne formål, Bomuld bruges hovedsageligt som et indre tekstillag, der har brug for yderligere egenskaber:F.eks. den skal være brandsikker eller beskytte mod biologiske forureninger. Alligevel, det bør ikke være hydrofobt, hvilket ville skabe et ubehageligt mikroklima. Disse yderligere egenskaber kan indbygges i bomuldsfibrene ved passende kemiske modifikationer.

Holdbarhed vs. toksicitet

"Indtil nu, det har altid krævet et kompromis for at gøre bomuld brandsikker, " siger Sabyasachi Gaan, en kemiker og polymerekspert, der arbejder på Empas Advanced Fibres laboratorium. Vaskeholdbar flammehæmmende bomuld i industrien fremstilles ved at behandle stoffet med flammehæmmere, som kemisk knytter sig til cellulosen i bomulden. I øjeblikket, tekstilindustrien har intet andet valg end at bruge formaldehyd-baserede kemikalier – og formaldehyd er klassificeret som kræftfremkaldende. Dette har været et uløst problem i årtier. Mens formaldehyd-baserede flammehæmmende behandlinger er holdbare, de har yderligere ulemper:-OH-grupperne i cellulose er kemisk blokerede, hvilket betydeligt reducerer bomulds evne til at absorbere vand, hvilket resulterer i et ubehageligt tekstil.

Gaan kender godt bomuldsfibrenes kemi og har brugt mange år hos Empa på at udvikle flammehæmmere baseret på fosforkemi, som allerede bruges i mange industrielle applikationer. Nu er det lykkedes ham at finde en elegant og nem måde at forankre fosfor i form af et selvstændigt netværk inde i bomulden.

Uafhængigt netværk mellem bomuldsfibre

Gaan og hans kolleger Rashid Nazir, Dambarudhar Parida og Joel Borgstädt brugte en tri-funktionel phosphorforbindelse (trivinylphosphinoxid), som kun har evnen til at reagere med specifikt tilsatte molekyler (nitrogenforbindelser som piperazin) for at danne sit eget netværk inde i bomuld. Dette gør bomulden permanent brandsikker uden at blokere for de gunstige -OH-grupper. Ud over, det fysiske phosphinoxid-netværk kan også lide vand. Denne flammehæmmende behandling omfatter ikke kræftfremkaldende formaldehyd, som ville bringe tekstilarbejdere i fare under tekstilfremstillingen. phosphinoxid-netværkene, således dannet, vaskes ikke ud:Efter 50 vask, 95 procent af det flammehæmmende netværk er stadig til stede i stoffet.

For at give yderligere beskyttende funktionaliteter til den flammehæmmende bomuld udviklet hos Empa, forskerne inkorporerede også in situ genererede sølvnanopartikler inde i stoffet. Dette fungerer fint i en et-trins proces sammen med generering af phosphinoxid-netværkene. Sølv nanopartikler giver fibrene antimikrobielle egenskaber og overlever 50 vaskecyklusser, også.

En højteknologisk løsning fra trykkogeren

"Vi har brugt en simpel tilgang til at fikse phosphinoxid-netværkene inde i cellulosen, " siger Gaan. "Til vores laboratorieeksperimenter, vi behandlede først bomulden med en vandig opløsning af fosfor og nitrogenforbindelser og dampede den derefter i en let tilgængelig trykkoger for at lette tværbindingsreaktionen af ​​fosfor og nitrogenmolekyler." Applikationsprocessen er kompatibel med udstyr, der anvendes i tekstilindustrien. . "Dampning af tekstiler efter farvning, tryk og efterbehandling er et normalt trin i tekstilindustrien. Så det kræver ikke en ekstra investering at anvende vores proces, " siger Empa-kemikeren.

I mellemtiden denne nyudviklede fosforkemi og dens anvendelse er beskyttet af en patentansøgning. "To vigtige forhindringer tilbage, " siger Gaan. "Til fremtidig kommercialisering er vi nødt til at finde en passende kemikalieproducent, der kan producere og levere trivinylphosphinoxid. Ud over, trivinylphosphinoxid skal REACH-registreres i Europa."