Algodón ignífugo y confortable: tejido protector sin formaldehído

Mar 18, 2024

Por Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA) 18 de septiembre de 2021

Rentable: el científico de Empa, Sabyasachi Gaan, utiliza vapor de una olla a presión comercial para retardar la llama de muestras de tela de algodón. Crédito: Empa

Un nuevo proceso químico desarrollado por Empa convierte el algodón en un tejido resistente al fuego que, sin embargo, conserva las propiedades respetuosas con la piel del algodón.

Los textiles de algodón ignífugos de última generación sufren la liberación de formaldehído y son incómodos de usar. Los científicos de Empa lograron solucionar este problema creando una red física y químicamente independiente de retardantes de llama dentro de las fibras. Este enfoque conserva las propiedades intrínsecamente positivas de las fibras de algodón, que representan las tres cuartas partes de la demanda mundial de fibras naturales para prendas de vestir y textiles para el hogar. El algodón es respetuoso con la piel porque puede absorber cantidades considerables de agua y mantener un microclima favorable en la piel.

Para los bomberos y otro personal de los servicios de emergencia, la ropa protectora constituye la barrera más importante. Para ello, el algodón se utiliza principalmente como capa textil interior, que necesita propiedades adicionales: por ejemplo, debe ser ignífugo o proteger contra contaminantes biológicos. Sin embargo, no debe ser hidrofóbico, lo que crearía un microclima incómodo. Estas propiedades adicionales pueden incorporarse a las fibras de algodón mediante modificaciones químicas adecuadas.

"Hasta ahora, siempre ha sido necesario un compromiso para hacer que el algodón sea resistente al fuego", dice Sabyasachi Gaan, químico y experto en polímeros que trabaja en el laboratorio de Fibras Avanzadas de Empa. El algodón ignífugo resistente al lavado en la industria se produce tratando la tela con retardantes de llama, que se unen químicamente a la celulosa del algodón. Actualmente, la industria textil no tiene otra opción que utilizar productos químicos a base de formaldehído, y el formaldehído está clasificado como cancerígeno. Este ha sido un problema sin resolver durante décadas. Si bien los tratamientos retardantes de llama a base de formaldehído son duraderos, tienen desventajas adicionales: los grupos -OH de la celulosa están bloqueados químicamente, lo que reduce considerablemente la capacidad del algodón para absorber agua, lo que resulta en un tejido incómodo.

Gaan conoce bien la química de las fibras de algodón y ha pasado muchos años en Empa desarrollando retardantes de llama basados ​​en la química del fósforo que ya se utilizan en muchas aplicaciones industriales. Ahora ha logrado encontrar una forma elegante y sencilla de anclar el fósforo en forma de una red independiente dentro del algodón.

La nueva química del fósforo también se puede utilizar para desarrollar otros materiales, por ejemplo, para fabricar hidrogeles que puedan liberar fármacos ante cambios de pH. Estos geles podrían tener aplicación en el tratamiento de heridas que cicatrizan lentamente. En tales heridas, el pH de la superficie de la piel aumenta y los nuevos geles a base de fósforo pueden activarse para liberar medicamentos o un tinte que alerta a los médicos y enfermeras sobre el problema. Empa también ha patentado la producción de dichos hidrogeles.

Gaan y sus colegas Rashid Nazir, Dambarudhar Parida y Joel Borgstädt utilizaron un compuesto de fósforo trifuncional (óxido de trivinilfosfina), que tiene la capacidad de reaccionar sólo con moléculas añadidas específicamente (compuestos de nitrógeno como la piperazina) para formar su propia red dentro del algodón. Esto hace que el algodón sea permanentemente resistente al fuego sin bloquear los grupos -OH favorables. Además, a la red física de óxido de fosfino también le gusta el agua. Este tratamiento retardante de llama no incluye formaldehído cancerígeno, que pondría en peligro a los trabajadores textiles durante la fabricación textil. Las redes de óxido de fosfina así formadas no se eliminan con el lavado: después de 50 lavados, el 95 por ciento de la red retardante de llama todavía está presente en el tejido.

Para brindar funciones protectoras adicionales al algodón retardante de llama desarrollado en Empa, los investigadores también incorporaron nanopartículas de plata generadas in situ dentro de la tela. Esto funciona muy bien en un proceso de un solo paso junto con la generación de redes de óxido de fosfina. Las nanopartículas de plata proporcionan a la fibra propiedades antimicrobianas y también sobreviven 50 ciclos de lavado.

"Hemos utilizado un método simple para reparar las redes de óxido de fosfina dentro de la celulosa", dice Gaan. "Para nuestros experimentos de laboratorio, primero tratamos el algodón con una solución acuosa de compuestos de fósforo y nitrógeno y luego lo cocimos al vapor en una olla a presión disponible para facilitar la reacción de reticulación de las moléculas de fósforo y nitrógeno". El proceso de solicitud es compatible con equipos utilizados en la industria textil. “Cocer al vapor los textiles después de teñirlos, imprimirlos y terminarlos es un paso normal en la industria textil. Por lo que no requiere de una inversión adicional para aplicar nuestro proceso”, afirma el químico de Empa.

Mientras tanto, esta química del fósforo recientemente desarrollada y su aplicación están protegidas mediante una solicitud de patente. “Aún quedan dos obstáculos importantes”, afirma Gaan. “Para una futura comercialización necesitamos encontrar un fabricante de productos químicos adecuado que pueda producir y suministrar óxido de trivinilfosfina. Además, el óxido de trivinilfosfina debe estar registrado en REACH en Europa”.

Referencia: “Redes físicas de óxido de fosfina in situ: una estrategia sencilla para lograr tratamientos duraderos retardantes de llama y antimicrobianos de la celulosa” por Rashid Nazir, Dambarudhar Parida, Joel Borgstädt, Sandro Lehner, Milijana Jovic, Daniel Rentsch, Ezgi Bülbül, Anja Huch, Stefanie Altenried, QunRen, Patrick Rupper, Simon Annaheim y Sabyasachi Gaan, 9 de diciembre de 2020, Chemical Engineering Journal.DOI: 10.1016/j.cej.2020.128028