Les uniformes des soldats de l'armée américaine doivent répondre à une longue liste d'exigences difficiles. Ils ont besoin de se sentir à l'aise dans tous les climats, être durable grâce à de multiples lavages, résister aux incendies et éloigner les insectes, entre autres. Les tissus existants ne cochent pas toutes ces cases, les scientifiques ont donc trouvé une nouvelle façon de créer un retardateur de flamme, tissu anti-insectes qui utilise des substances non toxiques.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion et de l'exposition virtuelles de l'automne 2020 de l'American Chemical Society (ACS).

"L'armée nous a présenté cette exigence intéressante et stimulante de multifonctionnalité, " dit le responsable de l'étude Ramaswamy Nagarajan, doctorat "Il existe des uniformes de combat de l'armée ignifuges faits de divers matériaux qui répondent aux exigences ignifuges. Mais ils sont chers, et il y a des problèmes avec la teinture des tissus. Aussi, certaines matières premières ne sont pas produites aux États-Unis. notre objectif était de trouver un matériau existant que nous pourrions modifier pour le rendre ignifuge et insectifuge, mais j'ai toujours un tissu qu'un soldat voudrait porter."

Parce que le groupe de recherche de Nagarajan se concentre sur la chimie verte durable, l'équipe a recherché des produits chimiques et des procédés non toxiques pour cette étude. Ils ont choisi de modifier un mélange nylon-coton 50-50 disponible dans le commerce, un relativement bon marché, tissu durable et confortable produit aux États-Unis. Le matériau est utilisé dans un large éventail d'applications civiles et militaires car le nylon est solide et résistant à l'abrasion, alors que le coton est confortable à porter. Mais ce type de textile ne repousse pas intrinsèquement les insectes et est associé à un risque d'incendie élevé.

"Nous avons commencé par rendre le tissu ignifuge, en se concentrant sur la partie coton du mélange, " explique Sourabh Kulkarni, un doctorat étudiant qui travaille avec Nagarajan au Lowell Center for Advanced Materials de l'Université du Massachusetts. "Le coton a beaucoup de groupes hydroxyles (oxygène et hydrogène liés ensemble) à sa surface, qui peuvent être activés par des produits chimiques facilement disponibles pour se lier à des composés contenant du phosphore qui confèrent un caractère ignifuge. » Pour leur composé contenant du phosphore, ils ont choisi l'acide phytique, une abondante, substance non toxique trouvée dans les graines, noix et céréales.

Prochain, les chercheurs se sont attaqués au problème de faire en sorte que le matériau repousse les insectes afin que les soldats n'aient pas à se vaporiser à plusieurs reprises ou à transporter un article supplémentaire dans leurs sacs. L'équipe a pris de la perméthrine, un insectifuge non toxique au quotidien, et l'a fixé au tissu par dépôt assisté par plasma en collaboration avec une entreprise locale, LaunchBay. Par essais et erreurs, les chercheurs ont finalement réussi à lier à la fois l'acide phytique et la perméthrine aux molécules de surface du tissu.

En utilisant des méthodes pour mesurer la capacité de dégagement de chaleur et le dégagement de chaleur total, ainsi qu'un test de flamme verticale, ils ont constaté que le matériau modifié fonctionnait au moins 20 % mieux que le matériau non traité. Ils ont également utilisé un test standard de répulsion des insectes avec des moustiques vivants et ont constaté que l'efficacité était supérieure à 98%. Finalement, le tissu est resté "respirant" après traitement tel que déterminé par des études de perméabilité à l'air.

"Nous sommes très excités, " Nagarajan dit, "parce que nous avons montré que nous pouvons modifier ce tissu pour qu'il soit ignifuge et insectifuge, tout en étant assez durable et confortable. Nous aimerions utiliser une substance autre que l'acide phytique qui contiendrait plus de phosphore et donc donnerait un niveau plus élevé d'ignifugation, une meilleure durabilité et toujours non toxique pour la peau d'un soldat. Ayant montré que l'on peut modifier le tissu, nous aimerions également voir si nous pouvons attacher des antimicrobiens pour prévenir les infections bactériennes, ainsi que des teintures qui restent durables."