Команда учёных из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологии (Empa) разработала новый химический процесс, который превращает обычную хлопчатобумажную ткань в огнестойкую без использования формальдегида и прочих токсичных веществ.
Как правило, хлопчатобумажные ткани с высоким пределом огнестойкости не используют при изготовлении предметов одежды, поскольку из-за особенностей химической обработки они не отличаются удобством в носке. Кроме того, при стирке подобная ткань теряет формальдегид, а по мере снижения его концентрации снижаются и огнеупорные свойства материала. Исследователи из Empa сумели преодолеть эти проблемы, разработав инновационный метод обработки ткани, при котором внутри её волокон образуется химически и физически независимая сеть огнезащитного вещества. Данная методика позволяет сохранить хлопчатобумажную ткань мягкой и приятной к коже, открывая возможности применения огнеупорной ткани для производства одежды и домашних текстильных изделий. Кроме того, подобные ткани могут стать частью униформы пожарных и сотрудников прочих экстренных служб.
По словам химика Сабьясачи Гаана, до сих пор создание огнеупорной хлопчатобумажной ткани было невозможным без компромиссов. Чтобы получить огнестойкую ткань, которая сохранит свои свойства даже после нескольких циклов стирки, её обрабатывают коктейлем веществ, связывающихся с целлюлозой в структуре волокон. В настоящее время за неимением других эффективных средств текстильная индустрия вынуждена прибегать к использованию растворов на основе формальдегида – токсичного вещества, классифицированного как канцероген. Его негативное влияние на здоровье человека начинается ещё на текстильных фабриках, сотрудники которых производят обработку тканей для придания им огнеупорных характеристик. Кроме того, итоговый продукт – хлопчатобумажная ткань – имеет значительный недостаток. Обратной стороной надёжных огнестойких свойств является блокировка гидроксильных групп в целлюлозе. Как следствие, такая ткань значительно хуже впитывает воду, а значит изделие из неё не сможет отводить влагу и тепло от кожи, провоцируя её раздражение.
Гаан посвятил свою карьеру изучению химии хлопчатобумажных волокон, а также исследованию огнеупорных свойств фосфорных соединений и перспектив их применения в изготовлении огнестойких тканей. Исследователи Empa создали несколько видов подобных тканей, активно используемых в промышленности. На сей раз они сумели разработать более элегантное решение, подходящее для производства одежды и домашнего текстиля. В частности, Гаан и его коллеги использовали водный раствор оксида тривинилфосфина (TVPO) и пиперазина для образования внутри волокон ткани независимых структур, которые не блокируют гидроксильные группы целлюлозы и не выделяют канцерогены в процессе носки или стирки. Более того, после обработки данным раствором хлопчатобумажная ткань обретает постоянную огнестойкость: после 50 циклов стирки и сушки в её волокнах сохранились более 95% огнеупорных структур. К слову, исследователи Empa также включили в волокна ткани наночастицы серебра, которые придают ткани антибактериальные свойства.
Согласно исследовательской работе Empa, внедрение инновационного химического процесса не потребует существенного обновления оборудования текстильных производств. В частности, для образования стойких огнеупорных структур в волокнах хлопчатобумажную ткань необходимо обработать упомянутым ранее водным раствором и произвести пропаривание готового изделия. Пропаривание провоцирует реакцию сшивания между молекулами TVPO и пиперазина с последующим образованием полимера. В то же время пропаривание является привычным производственным этапом, необходимым как для закрепления красителей, так и для финишной обработки материалов. Таким образом, процесс нанесения огнестойких веществ полностью совместим со стандартным оборудованием, используемым в текстильной индустрии. По словам Гаана, для коммерциализации инновационной методики необходимо решить два основных вопроса. В первую очередь нужно получить REACH – сертификат соответствия регламенту, регулирующему производство и оборот химических веществ в ЕС. Затем будет необходимо найти производителя химической продукции, который сможет обеспечить поставки TVPO в масштабах, соответствующих потребностям рынка.
