防火又舒适的强化棉花：一种不含甲醛的保护性织物

互推小编 2024-01-03

Empa公司开发的一种新的化学工艺将棉花变成了一种防火织物，但仍保留了棉花的亲肤特性。最先进的阻燃棉织物存在着甲醛释放的问题，而且穿起来很不舒服。Empa的科学家通过在纤维内部创建一个物理和化学上独立的阻燃剂网络，成功地规避了这个问题。

这种方法保留了棉纤维固有的积极特性，而棉纤维在服装和家用纺织品中占世界天然纤维需求的四分之三。棉花对皮肤友好，因为它可以吸收大量的水，并在皮肤上保持一个良好的微气候。

对于消防员和其他从事紧急应对业务的人员来说，防护服提供了最重要的屏障。出于这种目的，棉花主要用作需要额外性能的内层纺织品。例如，它必须是防火的或可以防止生物污染物。然而，它不应该是疏水性的，否则会造成不舒服的皮肤微气候，当然这些额外的特性可以通过适当的化学修饰在棉纤维中建立。

耐用性与毒性

在Empa先进纤维实验室工作的化学家和聚合物专家Sabyasachi Gaan说："直到现在，要使棉花防火总是需要一个妥协。工业上的耐洗阻燃棉是通过用阻燃剂处理织物来生产的，它与棉花中的纤维素发生化学联系。目前，纺织业除了利用基于甲醛的化学品外没有其他选择--而甲醛被列为致癌物。几十年来，这一直是一个未解决的问题。虽然基于甲醛的阻燃处理是持久的，但它们有额外的缺点。纤维素的-OH基团被化学封锁，这大大降低了棉花吸水的能力，从而导致纺织品穿着不舒服。"

Gaan非常了解棉纤维的化学特性，他在Empa公司花了多年时间开发基于磷化学的阻燃剂，这些阻燃剂已经在许多工业领域得到应用。现在，他已经成功地找到了一种优雅而简单的方法，将磷以独立网络的形式固定在棉花内部。

一种能释放药物的凝胶

新颖的磷化学也可用于开发其他材料，例如，制造可在pH值变化时释放药物的水凝胶。这种凝胶可以应用于治疗愈合缓慢的伤口。在这种伤口中，皮肤表面的pH值增加，新的磷基凝胶可以被触发，释放药物或染料，提醒医生和护士注意这个问题。Empa还为这种水凝胶的生产申请了专利。

棉纤维之间的独立网络

Gaan和他的同事Rashid Nazir、Dambarudhar Parida和Joel Borgstädt利用了一种三功能的磷化合物（三乙烯基氧化膦），它具有只与特别添加的分子（氮化合物，如哌嗪）反应的能力，在棉花内部形成自己的网络。这使得棉花具有永久的耐火性，而不会阻挡有利的-OH基团。此外，三乙烯基氧化膦也有亲水特性。这种阻燃处理不包括致癌的甲醛，而甲醛会在纺织品制造过程中危及纺织工人的健康。另外的优点是这样形成的氧化膦网络不会被洗掉，经过50次洗涤，95%的阻燃网络仍然存在于织物中。

为了给Empa开发的阻燃棉提供额外的保护功能，研究人员还在织物内加入了原位生成的银纳米粒子。这与生成氧化膦网络一起在一个步骤中很好地工作。银纳米粒子为纤维提供了抗菌性能，并且也能经受住50次洗衣循环。

一个来自高压锅的高科技解决方案

"我们使用了一种简单的方法来固定纤维素内部的氧化磷网络，"Gaan说。"在我们的实验室实验中，我们首先用磷和氮化合物的水溶液处理棉花，然后在一个现成的压力锅中蒸煮，以促进磷和氮分子的交联反应"。该应用过程与纺织业使用的设备兼容。"在染色、印花和整理之后，蒸煮纺织品是纺织业的一个正常步骤。因此，应用我们的工艺不需要额外的投资，"Empa的化学家说。

同时，这种新开发的磷化学成分及其应用受到专利申请的保护。"还有两个重要的障碍，"Gaan说。"为了将来的商业化，我们需要找到一个合适的化学制造商，能够生产和供应三乙烯基氧化膦。此外，三氧化二磷必须在欧洲进行REACH注册"。

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