Coton Ignifuge et Confortable : Tissu Protecteur Sans Formaldéhyde

Mar 18, 2024

Par Laboratoires fédéraux de science et technologie des matériaux (EMPA)18 septembre 2021

Rentable: Sabyasachi Gaan, scientifique de l'Empa, utilise la vapeur d'un autocuiseur commercial pour ignifuger des échantillons de tissus en coton. Crédit : Empa

Un nouveau procédé chimique développé par l'Empa transforme le coton en un tissu ignifuge, qui conserve néanmoins les propriétés du coton respectueuses de la peau.

Les textiles en coton ignifuges de pointe souffrent de libération de formaldéhyde et sont inconfortables à porter. Les scientifiques de l'Empa ont réussi à contourner ce problème en créant un réseau de retardateurs de flamme physiquement et chimiquement indépendant 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 pour l'habillement et le textile d'intérieur. 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 personnels des services d’urgence, les vêtements de protection constituent la barrière la plus importante. À ces fins, le coton est principalement utilisé comme couche textile intérieure qui nécessite des propriétés supplémentaires : par exemple, il doit être ignifuge ou protéger contre les contaminants biologiques. Il ne doit néanmoins pas être hydrophobe, ce qui créerait un microclimat inconfortable. Ces propriétés supplémentaires peuvent être intégrées aux fibres de coton par des modifications chimiques appropriées.

«Jusqu'à présent, il fallait toujours faire des compromis pour rendre le coton ignifuge», explique Sabyasachi Gaan, 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 lient 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. Bien que les traitements ignifuges à base de formaldéhyde soient durables, ils présentent des inconvénients supplémentaires : les groupes -OH de la cellulose sont chimiquement bloqués, 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, déjà utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Il a désormais réussi à trouver un moyen élégant et simple d'ancrer le phosphore sous la forme d'un réseau indépendant à l'intérieur du coton.

La nouvelle chimie du phosphore peut également être utilisée pour développer d'autres matériaux, par exemple pour fabriquer des hydrogels capables de libérer des médicaments en cas de changement de pH. De tels gels pourraient trouver une application dans le traitement des plaies qui guérissent lentement. Dans de telles plaies, le pH de la surface de la peau augmente et les nouveaux gels à base de phosphore peuvent être déclenchés pour libérer un médicament ou un colorant qui alerte les médecins et les infirmières du problème. L'Empa a également breveté la production de tels hydrogels.

Gaan et ses collègues Rashid Nazir, Dambarudhar Parida et Joel Borgstädt ont utilisé un composé phosphoreux 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 en permanence sans bloquer les groupes -OH favorables. De plus, le réseau physique d’oxyde de phosphine aime également l’eau. Ce traitement ignifuge ne contient pas de formaldéhyde cancérigène, qui mettrait en danger les travailleurs du textile lors de la fabrication textile. Les réseaux d'oxyde de phosphine ainsi formés ne s'éliminent pas : après 50 lavages, 95 pour cent du réseau ignifuge est encore présent dans le tissu.

Pour conférer 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 également à 50 cycles de lessive.