I tessuti di cotone ignifugo all'avanguardia soffrono del rilascio di 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 indipendenti all'interno delle fibre. Questo approccio conserva le proprietà intrinsecamente positive delle fibre di cotone, che rappresentano i tre quarti della domanda mondiale di fibre naturali nell'abbigliamento e nei 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 del servizio di emergenza, gli indumenti protettivi costituiscono 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 da contaminanti biologici. Tuttavia, non dovrebbe essere idrofobo, che creerebbe un microclima disagevole. Queste proprietà aggiuntive possono essere incorporate nelle fibre di cotone mediante opportune modifiche chimiche.

Durata vs. tossicità

"Fino ad ora, ci è sempre voluto un compromesso per rendere il cotone ignifugo, "dice Sabyasachi Gaan, un chimico ed esperto di polimeri che lavora presso il laboratorio Advanced Fibers dell'Empa. Il cotone ignifugo lavabile nell'industria viene prodotto trattando il tessuto con ritardanti di fiamma, che si lega 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 stato un problema irrisolto per decenni. Mentre i trattamenti ignifughi a base di formaldeide sono durevoli, presentano ulteriori inconvenienti:i gruppi -OH della cellulosa sono bloccati chimicamente, che riduce notevolmente la capacità del cotone di assorbire l'acqua, che si traduce in un tessuto scomodo.

Gaan conosce bene la chimica delle fibre di cotone e ha trascorso molti anni in 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 elegante e semplice per ancorare il fosforo sotto forma di una rete indipendente all'interno del cotone.

Rete indipendente tra le fibre di cotone

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 appositamente aggiunte (composti azotati come la piperazina) per formare una propria rete all'interno del cotone. Ciò rende il cotone permanentemente ignifugo senza bloccare i favorevoli gruppi -OH. Inoltre, anche la rete fisica dell'ossido di fosfina ama l'acqua. Questo trattamento ritardante di fiamma non include formaldeide cancerogena, che metterebbe in pericolo i lavoratori tessili durante la produzione tessile. Le reti di ossido di fosfina, così formato, non si dilava:dopo 50 lavaggi, Il 95% della rete ignifuga è ancora presente nel tessuto.

Per conferire ulteriori funzionalità protettive al cotone ignifugo sviluppato da Empa, i ricercatori hanno anche incorporato nanoparticelle d'argento generate in situ all'interno del tessuto. Questo funziona bene in un processo in un solo passaggio insieme alla generazione delle reti di ossido di fosfina. Le nanoparticelle d'argento forniscono alla fibra proprietà antimicrobiche e sopravvivono a 50 cicli di lavaggio, pure.

Una soluzione high-tech dalla pentola a pressione

"Abbiamo utilizzato un approccio semplice per fissare le reti di ossido di fosfina all'interno della cellulosa, " dice Gaan. "Per i nostri esperimenti di laboratorio, abbiamo prima trattato il cotone con una soluzione acquosa di composti di fosforo e azoto e poi lo abbiamo cotto a vapore in una pentola a pressione facilmente disponibile per facilitare la reazione di reticolazione del fosforo e delle molecole di azoto." Il processo di applicazione è compatibile con le apparecchiature utilizzate nell'industria tessile "Tessuti a vapore dopo la tintura, la stampa e la finitura sono un passaggio normale nell'industria tessile. Quindi non richiede un investimento aggiuntivo per applicare il nostro processo, "dice il chimico dell'Empa.

Nel frattempo, questa chimica del fosforo di nuova concezione e la sua applicazione sono protette da una domanda di brevetto. "Rimangono due ostacoli importanti, " Gaan dice. "Per la futura commercializzazione abbiamo bisogno di trovare un produttore chimico adatto in grado di produrre e fornire ossido di trivinilfosfina. Inoltre, l'ossido di trivinilfosfina deve essere registrato REACH in Europa."'