Cotone Ignifugo e Confortevole: Tessuto Protettivo Senza Formaldeide

Mar 18, 2024

A cura dei Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (EMPA)18 settembre 2021

Conveniente: lo scienziato dell'Empa Sabyasachi Gaan utilizza il vapore di una pentola a pressione commerciale per campioni di tessuto di cotone ignifughi. Credito: Empa

Un nuovo processo chimico sviluppato dall'Empa trasforma il cotone in un tessuto ignifugo, che conserva tuttavia le proprietà del cotone rispettose della pelle.

I moderni tessuti in cotone ignifughi rilasciano formaldeide e sono scomodi da indossare. Gli scienziati dell'Empa sono riusciti a aggirare questo problema creando una rete di ritardanti di fiamma fisicamente e chimicamente indipendente all'interno delle fibre. Questo approccio conserva le proprietà intrinsecamente positive delle fibre di cotone, che rappresentano tre quarti della domanda mondiale di fibre naturali per l'abbigliamento e i tessili per la casa. Il cotone è delicato sulla pelle perché può assorbire notevoli quantità di acqua e mantenere un microclima favorevole sulla pelle.

Per i vigili del fuoco e altro personale dei servizi di emergenza, gli indumenti protettivi rappresentano la barriera più importante. Per tali scopi, il cotone viene utilizzato principalmente come strato tessile interno che necessita di proprietà aggiuntive: ad esempio, deve essere ignifugo o proteggere dai contaminanti biologici. Tuttavia, non dovrebbe essere idrofobo, perché creerebbe un microclima scomodo. Queste proprietà aggiuntive possono essere integrate nelle fibre di cotone mediante opportune modifiche chimiche.

"Fino ad ora, è sempre stato necessario un compromesso per rendere il cotone ignifugo", afferma Sabyasachi Gaan, un chimico ed esperto di polimeri che lavora presso il laboratorio Advanced Fibers dell'Empa. Il cotone ignifugo resistente al lavaggio nell'industria viene prodotto trattando il tessuto con ritardanti di fiamma, che si collegano chimicamente alla cellulosa del cotone. Attualmente, l’industria tessile non ha altra scelta che utilizzare prodotti chimici a base di formaldeide – e la formaldeide è classificata come cancerogena. Questo è un problema irrisolto da decenni. Sebbene i trattamenti ignifughi a base di formaldeide siano durevoli, presentano ulteriori inconvenienti: i gruppi -OH della cellulosa sono bloccati chimicamente, il che riduce notevolmente la capacità del cotone di assorbire acqua, il che si traduce in un tessuto scomodo.

Gaan conosce bene la chimica delle fibre di cotone e ha trascorso molti anni presso l'Empa sviluppando ritardanti di fiamma basati sulla chimica del fosforo che sono già utilizzati in molte applicazioni industriali. Ora è riuscito a trovare un modo semplice ed elegante per ancorare il fosforo sotto forma di una rete indipendente all'interno del cotone.

La nuova chimica del fosforo può essere utilizzata anche per sviluppare altri materiali, ad esempio per produrre idrogel in grado di rilasciare farmaci in seguito a variazioni del pH. Tali gel potrebbero trovare applicazione nel trattamento delle ferite che guariscono lentamente. In tali ferite, il pH della superficie cutanea aumenta e i nuovi gel a base di fosforo possono essere attivati ​​per rilasciare farmaci o un colorante che avvisano medici e infermieri del problema. L'Empa ha brevettato anche la produzione di tali idrogel.

Gaan e i suoi colleghi Rashid Nazir, Dambarudhar Parida e Joel Borgstädt hanno utilizzato un composto di fosforo trifunzionale (ossido di trivinilfosfina), che ha la capacità di reagire solo con molecole specificatamente aggiunte (composti di azoto come la piperazina) per formare una propria rete all'interno del cotone. Ciò rende il cotone permanentemente resistente al fuoco senza bloccare i gruppi -OH favorevoli. Inoltre, anche la rete fisica dell'ossido di fosfina gradisce l'acqua. Questo trattamento ignifugo non contiene formaldeide cancerogena, che metterebbe in pericolo i lavoratori tessili durante la produzione tessile. La rete di ossido di fosfina così formata non si dissolve: dopo 50 lavaggi, il 95% della rete ignifuga è ancora presente nel tessuto.

Per conferire ulteriori funzionalità protettive al cotone ignifugo sviluppato presso l’Empa, i ricercatori hanno anche incorporato all’interno del tessuto nanoparticelle d’argento generate in situ. Funziona bene in un processo in una sola fase insieme alla generazione delle reti di ossido di fosfina. Le nanoparticelle d’argento forniscono alla fibra proprietà antimicrobiche e sopravvivono anche a 50 cicli di bucato.