Как создается ткань без формальдегида

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

Современные огнестойкие хлопковые ткани выделяют формальдегид и их неудобно носить. Ученым Empa удалось обойти эту проблему, создав физически и химически независимую сеть антипиренов внутри волокон. Такой подход сохраняет положительные свойства хлопковых волокон, на которые приходится три четверти мирового спроса на натуральные волокна для одежды и домашнего текстиля.

Хлопок благоприятен для кожи, поскольку он может впитывать значительное количество воды и поддерживать благоприятный микроклимат на коже.

Для пожарных и другого персонала аварийных служб защитная одежда является наиболее важным барьером. Для таких целей хлопок в основном используется в качестве внутреннего текстильного слоя, которому необходимы дополнительные свойства: например, он должен быть огнестойким или защищать от биологических загрязнений. Тем не менее, он не должен быть гидрофобным, что создаст дискомфортный микроклимат. Эти дополнительные свойства можно придать хлопковому волокну подходящими химическими модификациями.

Долговечность против токсичности

«До сих пор всегда шли на компромисс, чтобы сделать хлопок огнестойким», — говорит Сабиасачи Гаан, химик и эксперт по полимерам, работающий в лаборатории Advanced Fibers компании Empa. Устойчивый к стирке огнестойкий хлопок в промышленности получают путем обработки ткани антипиренами, которые химически связываются с целлюлозой в хлопке. В настоящее время у текстильной промышленности нет другого выбора, кроме как использовать химические вещества на основе формальдегида, а формальдегид классифицируется как канцероген. Эта проблема оставалась нерешенной на протяжении десятилетий. Хотя антипирены на основе формальдегида долговечны, у них есть дополнительные недостатки: -ОН-группы целлюлозы химически заблокированы, что значительно снижает способность хлопка впитывать воду, что приводит к получению неудобного текстиля.

Ученый Empa Сабьясачи Гаан использует пар из коммерческой скороварки для образования огнестойких образцов хлопчатобумажной ткани.

Гаан хорошо знает химию хлопковых волокон и провел много лет в Empa, разрабатывая антипирены на основе химического состава фосфора, которые уже используются во многих промышленных применениях. Теперь ему удалось найти элегантный и простой способ закрепить фосфор в виде независимой сети внутри хлопка.

Гель, высвобождающий наркотики

Новую химию фосфора можно также использовать для разработки других материалов, например, для изготовления 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 запускаться для высвобождения лекарства или красителя, который предупреждает врачей и медсестер о проблеме. Empa также запатентовала производство таких гидрогелей.

Независимая сеть между хлопковыми волокнами

Гаан и его коллеги Рашид Назир, Дамбарудхар Парида и Джоэл Боргштедт использовали трехфункциональное фосфорное соединение (оксид тривинилфосфина), которое способно реагировать только со специально добавленными молекулами (соединениями азота, такими как пиперазин), с образованием собственной сети внутри хлопка. Это делает хлопок постоянно огнестойким, не блокируя благоприятные группы -ОН. Кроме того, физическая сеть оксида фосфина также любит воду.

Эта антипиреновая обработка не включает канцерогенный формальдегид, который может представлять опасность для текстильных рабочих во время текстильного производства. Образованные таким образом сетки из оксида фосфина не вымываются: после 50 стирок 95 процентов сетки из огнестойкого материала все еще присутствует в ткани.

Чтобы придать дополнительные защитные свойства огнестойкому хлопку, разработанному в Empa, исследователи также включили генерируемые in situ наночастицы серебра внутрь ткани.

Это прекрасно работает в одноэтапном процессе вместе с созданием сетей оксида фосфина. Наночастицы серебра придают волокну антимикробные свойства и выдерживают 50 циклов стирки.

Высокотехнологичное решение от скороварки

• «Мы использовали простой подход для фиксации сеток оксида фосфина внутри целлюлозы», — говорит Гаан. «Для наших лабораторных экспериментов мы сначала обработали хлопок водным раствором соединений фосфора и азота, а затем пропарили его в доступной скороварке, чтобы облегчить реакцию сшивания молекул фосфора и азота». Процесс нанесения совместим с оборудованием, используемым в текстильной промышленности.
• «Обработка тканей паром после окрашивания, печати и отделки — нормальный шаг в текстильной промышленности. Таким образом, для применения нашего процесса не требуются дополнительные инвестиции», — заявляет химик Empa.

Между тем, этот недавно разработанный химический состав фосфора и его применение защищены заявкой на патент. «Остаются два важных препятствия», — говорит Гаан. «Для будущей коммерциализации нам необходимо найти подходящего производителя химикатов, который сможет производить и поставлять оксид тривинилфосфина. Кроме того, оксид тривинилфосфина должен иметь регистрацию REACH в Европе».

Источник

Метки: формальдегид