Dodecyltriphenylphosphonium Bromide Antimicrobial Finishing and Pigment Coloring of Polyester Fabrics in One-Bath

Immaginate un capo d'abbigliamento che faccia molto di più che coprire il corpo; che combatta attivamente il mondo invisibile dei batteri che prosperano sul sudore e sugli oli della pelle, mantenendo al contempo un colore brillante e vivace che non sbiadisce dopo un lavaggio. Questa è la promessa dei moderni tessuti funzionali, un campo in cui gli scienziati cercano di dare ai tessuti ordinari dei superpoteri senza comprometterne il comfort o l'aspetto. Il poliestere, una fibra sintetica nota per essere resistente, economica e resistente agli agenti chimici, è il materiale più comune utilizzato per l'abbigliamento tecnico e da lavoro. Tuttavia, la sua superficie liscia e idrorepellente agisce come un magnete per i residui organici, creando un terreno di coltura perfetto per i microbi che causano odori e infezioni. Tradizionalmente, conferire al poliestere sia la protezione antimicrobica che un colore specifico è stato un processo difficile in due fasi. Prima, il tessuto viene tinto, e poi viene trattato con un agente antibatterico, o viceversa. Questo approccio sequenziale è inefficiente, spreca acqua ed energia, e spesso porta a un conflitto in cui il colorante blocca la sostanza chimica che combatte i batteri, o la sostima chimica interferisce con il colore, producendo colori spenti o una protezione debole.

Per risolvere questo problema, i ricercatori della Università di Qingdao, in Cina, hanno sviluppato un metodo per applicare sia il colore che la protezione antimicrobica in un unico passaggio. Si sono concentrati su un tipo specifico di sostanza chimica chiamata sale di quaternario di fosfonio, una molecola progettata per attaccare le membrane cellulari batteriche. Il team ha sintetizzato tre versioni di questa sostanza chimica, ciascuna con una diversa lunghezza di catena di carbonio attaccata ad essa, simile a come una lenza potrebbe avere diverse lunghezze di filo attaccate a un amo. Hanno testato queste versioni contro batteri comuni, tra cui lo Staphylococcus aureus e l'Escherichia coli, per vedere quale fosse la più efficace nel fermare la crescita e uccidere i microbi. I risultati hanno mostrato che la versione con una catena di dodici atomi di carbonio, nota come 12-TPPB, era la vincitrice indiscussa. Era abbastanza potente da fermare la crescita batterica a concentrazioni molto basse e poteva uccidere i batteri a dosi leggermente superiori, superando sia le versioni più corte che quelle più lunghe. I ricercatori hanno scoperto che le catene troppo corte mancavano della capacità di penetrare efficacementamente la parete batterica, mentre quelle troppo lunghe diventavano troppo untuose e faticavano a muoversi attraverso l'acqua per raggiungere i batteri.

Con la sostanza chimica più efficace identificata, la squadra è passata al tessuto stesso. Hanno preso un panno di poliestere semplice e l'hanno immerso in un bagno contenente la sostanza chimica 12-TPPB, un pigmento per fornire il colore e un legante per agire come colla. Questa miscela è stata applicata al tessuto utilizzando un sistema a rulli che ha garantito che il liquido si impregnasse uniformemente. Il tessuto è stato poi asciugato e cotto ad alto calore. Questo trattamento termico ha fatto sì che il legante si indurisse, bloccando sia il colore che l'agente antimicrobico saldamente sulla superficie delle fibre. Il risultato è stato un tessuto simultaneamente colorato e protetto. Quando è stato testato, il tessuto trattato ha mostrato una capacità straordinaria di resistere ai batteri. Contro lo Staphylococcus aureus, ha ucciso più del 99,9 percento dei batteri, e contro l'E. coli ha ucciso più del 90 percento. Ancora più importante, questa protezione non è stata lavata via facilmente. Dopo essere stato sottoposto a cinquanta cicli di lavaggio separati, il tessuto ha mantenuto il suo alto livello di attività antimicrobica, soddisfacendo i rigorosi standard per i tessuti antibatterici durevoli.

I ricercatori hanno anche controllato per assicurarsi che l'aggiunta di queste sostanze chimiche non rovinasse la sensazione al tatto o la resistenza del tessuto. Hanno scoperto che il tessuto trattato era in realtà più resistente della versione non trattata, probabilmente perché il rivestimento ha riempito i piccoli spazi e ha rinforzato le fibre. Il tessuto rimaneva traspirante, permettendo all'aria di passare proprio come prima, ed è diventato leggermente più idrorepellente, il che è spesso desiderabile per l'attrezzatura da esterno. Il colore è rimasto stabile, senza cambiamenti apprezzabili nella tonalità anche dopo lavaggi ripetuti. Il tessuto manteneva anche una sensazione morbida e liscia al tatto, mantenendo un drappeggio piacevole che è essenziale per l'abbigliamento confortevole. L'unico cambiamento minore è stato nel modo in cui il tessuto gestiva le pieghe; il rivestimento ha aggiunto un leggero attrito interno che ha fatto sì che il tessuto impiegasse un momento in più per distendersi dopo essere stato accartocciato, ma ciò non ha diminuito la sua qualità complessiva.

Questo studio dimostra che è possibile combinare colore e funzione antimicrobica in un unico processo efficiente senza compromettere le prestazioni del tessuto. Utilizzando una specifica struttura chimica e un semplice trattamento a un solo bagno, i ricercatori hanno creato un materiale che è pronto per l'uso nel mondo reale, nei tessuti per esterni, negli ambienti medici e nell'abbigliamento sportivo. Il lavoro colma una lacuna nel campo mostrando come un tipo specifico di sale di fosfonio possa essere applicato efficacementamente al poliestere, offrendo una soluzione pratica che risparmia tempo e risorse fornendo al contempo un prodotto che è sia sicuro che durevole. Le scoperte suggeriscono che questo approccio potrebbe essere scalato per l'uso industriale, fornendo un nuovo modo per fabbricare tessuti ad alte prestazioni che proteggano chi li indossa dalle minacce invisibili del mondo microbico.