Le uniformi dei soldati dell'esercito degli Stati Uniti devono soddisfare una lunga lista di requisiti impegnativi. Hanno bisogno di sentirsi a proprio agio in tutti i climi, essere durevole attraverso più lavaggi, resistere al fuoco e allontanare gli insetti, tra l'altro. I tessuti esistenti non controllano tutte queste caselle, così gli scienziati hanno escogitato un nuovo modo di creare un ritardante di fiamma, tessuto repellente per insetti che utilizza sostanze non tossiche.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"L'Esercito ci ha presentato questa interessante e sfidante esigenza di multifunzionalità, ", afferma il leader dello studio Ramaswamy Nagarajan, dottorato di ricerca "Esistono uniformi da combattimento dell'esercito ignifughe realizzate con vari materiali che soddisfano i requisiti ignifughi. Ma sono costose, e ci sono problemi con la tintura dei tessuti. Anche, alcune delle materie prime non sono prodotte negli Stati Uniti. Quindi, il nostro obiettivo era trovare un materiale esistente che potessimo modificare per renderlo ignifugo e repellente per insetti, eppure hanno ancora un tessuto che un soldato vorrebbe indossare".

Poiché il gruppo di ricerca di Nagarajan si concentra sulla chimica verde sostenibile, il team ha cercato sostanze chimiche e processi non tossici per questo studio. Hanno scelto di modificare una miscela 50-50 nylon-cotone disponibile in commercio, relativamente poco costoso, tessuto resistente e confortevole prodotto negli Stati Uniti. Il materiale è utilizzato in una vasta gamma di applicazioni civili e militari perché il nylon è forte e resistente all'abrasione, mentre il cotone è comodo da indossare. Ma questo tipo di tessuto non respinge intrinsecamente gli insetti ed è associato ad un alto rischio di incendio.

"Abbiamo iniziato con il rendere il tessuto ignifugo, concentrandosi sulla parte in cotone della miscela, " spiega Sourabh Kulkarni, un dottorato di ricerca studente che lavora con Nagarajan presso il Lowell Center for Advanced Materials dell'Università del Massachusetts. "Il cotone ha molti gruppi ossidrilici (ossigeno e idrogeno legati insieme) sulla sua superficie, che può essere attivato da sostanze chimiche prontamente disponibili per legarsi a composti contenenti fosforo che conferiscono proprietà ignifughe." Per il loro composto contenente fosforo, hanno scelto l'acido fitico, un abbondante, sostanza non tossica presente nei semi, noci e cereali.

Prossimo, i ricercatori hanno affrontato il problema di fare in modo che il materiale respinga gli insetti in modo che i soldati non dovessero spruzzarsi ripetutamente o portare un oggetto aggiuntivo nei loro zaini. La squadra ha preso permetrina, un repellente per insetti non tossico quotidiano, e lo ha attaccato al tessuto mediante deposizione assistita al plasma in collaborazione con un'azienda locale, LaunchBay. Attraverso tentativi ed errori, i ricercatori alla fine hanno ottenuto sia l'acido fitico che la permetrina per legarsi alle molecole di superficie del tessuto.

Utilizzando metodi per misurare la capacità di rilascio di calore e il rilascio di calore totale, così come un test di fiamma verticale, hanno scoperto che il materiale modificato ha prestazioni migliori di almeno il 20% rispetto al materiale non trattato. Hanno anche usato un test standard di repellenza per insetti con zanzare vive e hanno scoperto che l'efficacia era superiore al 98%. Finalmente, il tessuto è rimasto "traspirante" dopo il trattamento come determinato da studi di permeabilità all'aria.

"Siamo molto entusiasti, "Nagarajan dice, "perché abbiamo dimostrato di poter modificare questo tessuto in modo che sia ignifugo e repellente per gli insetti, pur essendo abbastanza resistente e confortevole. Vorremmo utilizzare una sostanza diversa dall'acido fitico che contenga più fosforo e quindi impartisca un livello maggiore di ritardante di fiamma, una migliore durata ed essere ancora non tossico per la pelle di un soldato. Avendo dimostrato che possiamo modificare il tessuto, vorremmo anche vedere se possiamo applicare antimicrobici per prevenire infezioni da batteri, così come i coloranti che rimangono durevoli."