Les textiles en coton ignifuge à la pointe de la technologie souffrent de la libération de formaldéhyde et sont inconfortables à porter. Les scientifiques de l'Empa ont réussi à contourner ce problème en créant un réseau physiquement et chimiquement indépendant de retardateurs de flamme à l'intérieur des fibres. Cette approche conserve les propriétés intrinsèquement positives des fibres de coton, qui représentent les trois quarts de la demande mondiale de fibres naturelles dans les vêtements et les textiles de maison. Le coton est doux pour la peau car il peut absorber des quantités considérables d'eau et maintenir un microclimat favorable sur la peau.

Pour les pompiers et autres membres du personnel des services d'urgence, les vêtements de protection constituent la barrière la plus importante. A ces fins, le coton est principalement utilisé comme couche textile intérieure qui a besoin de propriétés supplémentaires :par exemple, il doit être ignifuge ou protéger des contaminants biologiques. Néanmoins, il ne doit pas être hydrophobe, ce qui créerait un microclimat inconfortable. Ces propriétés supplémentaires peuvent être intégrées aux fibres de coton par des modifications chimiques appropriées.

Durabilité vs toxicité

"Jusqu'à maintenant, il a toujours fallu un compromis pour rendre le coton ignifuge, " dit Sabyasachi Gaan, un chimiste et expert en polymères qui travaille au laboratoire Advanced Fibers de l'Empa. Le coton ignifuge résistant au lavage dans l'industrie est produit en traitant le tissu avec des retardateurs de flamme, qui se lie chimiquement à la cellulose du coton. Actuellement, l'industrie textile n'a d'autre choix que d'utiliser des produits chimiques à base de formaldéhyde et le formaldéhyde est classé comme cancérigène. C'est un problème non résolu depuis des décennies. Alors que les traitements ignifuges à base de formaldéhyde sont durables, ils présentent des inconvénients supplémentaires :les groupements -OH de la cellulose sont bloqués chimiquement, ce qui réduit considérablement la capacité du coton à absorber l'eau, ce qui donne un textile inconfortable.

Gaan connaît bien la chimie des fibres de coton et a passé de nombreuses années à l'Empa à développer des retardateurs de flamme basés sur la chimie du phosphore qui sont déjà utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Maintenant, il a réussi à trouver un moyen élégant et facile d'ancrer le phosphore sous la forme d'un réseau indépendant à l'intérieur du coton.

Réseau indépendant entre les fibres de coton

Gaan et ses collègues Rashid Nazir, Dambarudhar Parida et Joel Borgstädt ont utilisé un composé phosphoré trifonctionnel (oxyde de trivinylphosphine), qui a la capacité de réagir uniquement avec des molécules spécifiquement ajoutées (composés azotés comme la pipérazine) pour former son propre réseau à l'intérieur du coton. Cela rend le coton résistant au feu de manière permanente sans bloquer les groupes -OH favorables. En outre, le réseau physique d'oxyde de phosphine aime aussi l'eau. Ce traitement ignifuge ne comprend pas de formaldéhyde cancérigène, qui mettrait en danger les travailleurs du textile lors de la fabrication du textile. Les réseaux d'oxyde de phosphine, ainsi formé, ne se lave pas :Après 50 lavages, 95 pour cent du réseau ignifuge est toujours présent dans le tissu.

Pour apporter des fonctionnalités de protection supplémentaires au coton ignifuge développé à l'Empa, les chercheurs ont également incorporé des nanoparticules d'argent générées in situ à l'intérieur du tissu. Cela fonctionne bien dans un processus en une seule étape avec la génération des réseaux d'oxyde de phosphine. Les nanoparticules d'argent confèrent à la fibre des propriétés antimicrobiennes et survivent à 50 cycles de lessive, trop.

Une solution high-tech issue de l'autocuiseur

"Nous avons utilisé une approche simple pour fixer les réseaux d'oxyde de phosphine à l'intérieur de la cellulose, " dit Gaan. "Pour nos expériences de laboratoire, nous avons d'abord traité le coton avec une solution aqueuse de composés phosphorés et azotés, puis l'avons cuit à la vapeur dans un autocuiseur facilement disponible pour faciliter la réaction de réticulation des molécules de phosphore et d'azote. » Le processus d'application est compatible avec les équipements utilisés dans l'industrie textile « La cuisson à la vapeur des textiles après teinture, l'impression et la finition est une étape normale dans l'industrie textile. Il ne nécessite donc pas d'investissement supplémentaire pour appliquer notre procédé, " dit le chimiste de l'Empa.

Pendant ce temps, cette nouvelle chimie du phosphore et son application sont protégées par une demande de brevet. "Il reste deux obstacles importants, " dit Gaan. " Pour la commercialisation future, nous devons trouver un fabricant de produits chimiques approprié qui peut produire et fournir de l'oxyde de trivinylphosphine. En outre, l'oxyde de trivinylphosphine doit être enregistré REACH en Europe. »