耐火性と快適なコットン: ホルムアルデヒドを含まない保護生地

Mar 18, 2024

スイス連邦材料科学研究所 (EMPA) 2021 年 9 月 18 日

費用対効果: Empa の科学者 Sabyasachi Gaan は、市販の圧力鍋からの蒸気を使用して綿生地のサンプルを難燃化します。 クレジット: Empa

Empa が開発した新しい化学プロセスは、コットンの肌に優しい特性を保ちながら、コットンを耐火性の生地に変えます。

最先端の難燃性綿織物はホルムアルデヒドの放出に悩まされ、着用感が不快です。 Empa の科学者は、繊維内に物理的および化学的に独立した難燃剤のネットワークを作成することで、この問題を回避することに成功しました。 このアプローチは、衣料品や家庭用テキスタイルにおける天然繊維の世界需要の 4 分の 3 を占める綿繊維の本質的な優れた特性を保持します。 コットンは大量の水を吸収し、肌に好ましい微気候を維持できるため、肌に優しいのです。

消防士やその他の救急隊員にとって、防護服は最も重要なバリアとなります。 このような目的では、綿は主に、追加の特性が必要な繊維の内側層として使用されます。たとえば、耐火性や生物学的汚染物質から保護する必要があります。 それにもかかわらず、不快な微気候を生み出す疎水性であってはなりません。 これらの追加の特性は、適切な化学修飾によって綿繊維に組み込むことができます。

「これまで、綿を耐火にするためには常に妥協が必要でした」と、Empa の Advanced Fibers 研究所で働く化学者およびポリマーの専門家、Sabyasachi Gaan 氏は言います。 工業用の洗濯耐久性難燃性綿は、綿のセルロースと化学的に結合する難燃剤で生地を処理することによって製造されます。 現在、繊維業界にはホルムアルデヒドベースの化学物質を利用する以外に選択肢はなく、ホルムアルデヒドは発がん性物質として分類されています。 これは何十年も未解決の問題です。 ホルムアルデヒドベースの難燃処理は耐久性がありますが、さらなる欠点もあります。セルロースの -OH 基が化学的にブロックされているため、綿の吸水能力が大幅に低下し、不快な繊維が生じます。

Gaan は綿繊維の化学を熟知しており、Empa で長年にわたりリン化学に基づいた難燃剤の開発に取り組んできました。これらの難燃剤はすでに多くの産業用途に使用されています。 現在、彼はリンを綿の中に独立したネットワークの形で固定するエレガントで簡単な方法を見つけることに成功しました。

新しいリンの化学は、他の材料の開発、たとえば、pH の変化によって薬物を放出できるヒドロゲルの製造にも使用できます。 このようなゲルは、治癒が遅い創傷の治療に応用できる可能性がある。 このような傷では、皮膚表面の pH が上昇し、新しいリンベースのゲルが誘発されて、医師や看護師に問題を警告する薬剤や染料が放出される可能性があります。 Empa は、そのようなヒドロゲルの製造の特許も取得しています。

ガーン氏とその同僚のラシード・ナジル氏、ダンバルダール・パリダ氏、ジョエル・ボルグシュテット氏らは、特定の添加分子（ピペラジンなどの窒素化合物）とのみ反応して綿の内部に独自のネットワークを形成する能力を持つ三官能性リン化合物（トリビニルホスフィンオキシド）を利用した。 これにより、好ましい -OH 基をブロックすることなく、コットンが永続的に耐火性になります。 さらに、物理的なホスフィンオキシドネットワークは水も好みます。 この難燃処理には、繊維製造中に繊維労働者を危険にさらす発がん性ホルムアルデヒドは含まれていません。 このようにして形成されたホスフィンオキシドネットワークは洗い流されません。50 回洗濯した後でも、難燃剤ネットワークの 95% が布地にまだ残っています。

Empa で開発された難燃性コットンに追加の保護機能を与えるために、研究者らはまた、その場で生成された銀ナノ粒子を生地の内側に組み込みました。 これは、ホスフィンオキシドネットワークの生成と合わせて、ワンステッププロセスでうまく機能します。 銀ナノ粒子は繊維に抗菌特性を与え、50 回の洗濯サイクルにも耐えます。