Preparation and application of durable flame retardant antimicrobial finishing agent for cotton fabrics
Questo studio riporta la sintesi di un agente di finissaggio ritardante di fiamma e antimicrobico (FRA-PHMG) con legame covalente e durevole che migliora significativamente la sicurezza antincendio e la resistenza microbica dei tessuti di cotone, mantenendo al contempo le proprietà meccaniche e resistendo per oltre 50 cicli di lavaggio.
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Il cotone è uno dei materiali più amati sulla Terra, apprezzato per la sua morbidezza, traspirabilità e capacità di assorbire l'umidità. È il tessuto scelto per tutto, dalle camicie estive ai camici ospedalieri. Eppure, questa fibra naturale presenta due significativi punti deboli che ne limitano l'uso in ambienti ad alto rischio. Primo, brucia facilmente. Quando esposto al fuoco, il cotone si incendia rapidamente e continua a bruciare, rilasciando gas infiammabili che alimentano le fiamme. Secondo, la sua capacità di trattenere l'acqua crea un ambiente caldo e umido in cui batteri e funghi possono prosperare, ponendo rischi per la salute negli ambienti medici o negli spazi pubblici. Per decenni, gli scienziati hanno cercato di risolvere questi problemi rivestendo il cotone con sostanze chimiche che fermino il fuoco o uccidano i germi. Tuttavia, un grande ostacolo è rimasto: la maggior parte dei trattamenti si lava via. Se una sostanza chimica si trova sulla superficie del tessuto invece di legarsi ad esso, pochi cicli in lavatrice la rimuoveranno, lasciando il cotone nuovamente vulnerabile.
Ricercatori dell'Istituto di Tecnologia di Shanghai hanno sviluppato un nuovo approccio che affronta entrambi i problemi contemporaneamente, risolvendo anche la questione del lavaggio. Hanno creato un singolo agente di finissaggio che si lega chimicamente alle fibre di cotone, rendendo il tessuto resistente al fuoco e ostile ai microbi senza che venga rimosso dal lavaggio. Il team è partito da un comune polimero antimicrobico noto per la sua capacità di uccidere i batteri interrompendo le loro pareti cellulari. Hanno modificato questo polimero attaccando un gruppo chimico che può reagire con il cotone stesso. Hanno poi aggiunto fosforo e azoto, elementi noti per interferire con il processo di combustione. Il risultato è stato un nuovo composto che, quando applicato al cotone e riscaldato, forma uno scudo permanente e invisibile. Questo scudo non si limita a stare sopra le fibre; si fonde con esse, creando una barriera durevole che sopravvive a ripetuti lavaggi.
I ricercatori hanno testato questo nuovo trattamento su tessuto di cotone semplice, immergendolo in una soluzione dell'agente e poi cuocendolo ad alta temperatura per fissarlo in posizione. I risultati sono stati sorprendenti. Il cotone non trattato brucia ferocemente, lasciando quasi nessuna residua e prendendo fuoco in pochi secondi. Il tessuto trattato, invece, si è comportato in modo completamente diverso. Quando esposto a una fiamma, non ha sostenuto la combustione. Invece di bruciare via, ha formato uno strato carbonizzato spesso che proteggeva il materiale sottostante. In un test che misurava quanto ossigeno il tessuto necessitasse per continuare a bruciare, il cotone trattato richiedeva più del doppio dell'ossigeno rispetto al cotone non trattato per restare acceso. Quando la fiamma veniva rimossa, il tessuto smetteva immediatamente di bruciare, senza lasciare braci ardenti. Il calore rilasciato durante il processo di combustione è diminuito drasticamente, con l'intensità massima del fuoco ridotta di oltre il novanta percento rispetto al controllo non trattato.
Oltre a fermare il fuoco, il tessuto si è dimostrato altamente efficace nell'uccidere i germi. I ricercatori hanno esposto il cotone trattato a tre tipi comuni di microbi: due tipi di batteri e un tipo di lievito spesso associato alle infezioni. Il tessuto ne ha uccisi quasi tutti, con tassi di efficacia che raggiungevano il cento percento per il lievito e il novantanove percento per i batteri. Fondamentalmente, il trattamento non si è basato sul rilascio di sostanze chimiche nell'aria o nell'acqua per uccidere questi germi. Invece, gli agenti antimicrobici sono rimasti fissi alla superficie del tessuto, uccidendo i microbi solo quando toccavano il materiale. Questa azione basata sul contatto è più sicura e impedisce il rilascio di sostanze tossiche nell'ambiente.
La vera prova di questa nuova tecnologia è stata la sua capacità di resistere ai rigori della vita quotidiana. I ricercatori hanno lavato il tessuto trattato cinquanta volte in una macchina, un processo progettato per simulare anni di utilizzo. Dopo questi cicli, il tessuto ha mantenuto la maggior parte delle sue qualità protettive. Resisteva ancora efficacementamente al fuoco, richiedendo significativamente più ossigeno per bruciare rispetto al cotone non trattato, e continuava a uccidere oltre l'ottantacinque percento dei microbi che incontrava. I legami chimici che tenevano il trattamento al cotone erano abbastanza forti da impedire all'agente di fuoriuscire, garantendo che la protezione rimanesse intatta. Il trattamento ha avuto anche un impatto minimo sulla sensazione fisica e sulla resistenza del tessuto, preservandone la morbidezza e la durata che rendono il cotone così desiderabile.
Questo lavoro dimostra che è possibile dare al cotone una doppia difesa permanente contro il fuoco e l'infezione senza compromettere le sue qualità naturali. Legando chimicamente gli agenti protettivi direttamente alla fibra, i ricercatori hanno creato un tessuto che rimane sicuro e pulito anche dopo lavaggi estensivi. Questo approccio offre una strada promettente per la creazione di tessuti che siano non solo confortevoli, ma intrinsecamente più sicuri per l'uso negli ospedali, negli edifici pubblici e nelle case dove la sicurezza antincendio e l'igiene sono fondamentali. Il tessuto si pone come una soluzione durevole, dimostrando che con il giusto design chimico, il cotone può essere trasformato in un materiale capace di proteggere dalle stesse minacce che ne hanno a lungo limitato il potenziale.
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