Исследователи представят свои результаты сегодня на виртуальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting & Expo.
«Армия предъявила нам это интересное и сложное требование многофункциональности», – говорит руководитель исследования Рамасвами Нагараджан, доктор философии.D. «Существует огнестойкая армейская боевая форма из различных материалов, отвечающая требованиям огнестойкости. Но они дорогие, и есть проблемы с окрашиванием тканей. Кроме того, часть сырья не производится в США.S.
Итак, нашей целью было найти существующий материал, который мы могли бы модифицировать, чтобы сделать его огнестойким и отпугивающим насекомых, но при этом иметь ткань, которую солдат хотел бы носить."
Поскольку исследовательская группа Нагараджана фокусируется на устойчивой зеленой химии, команда искала нетоксичные химические вещества и процессы для этого исследования.
Они решили модифицировать имеющуюся в продаже смесь нейлона и хлопка 50-50, относительно недорогую, прочную и удобную ткань, производимую в США.S. Материал используется в широком спектре гражданских и военных применений, потому что нейлон прочен и устойчив к истиранию, а хлопок удобен в носке.
Но этот тип текстиля по своей сути не отталкивает насекомых и связан с высоким риском возгорания.
«Мы начали с создания огнестойкой ткани, сосредоточив внимание на хлопковой части смеси», – объясняет Сураб Кулкарни, доктор философии.D. студент, который работает с Нагараджаном в Центре передовых материалов Лоуэлла Массачусетского университета. "Хлопок имеет множество гидроксильных групп (кислород и водород, связанные вместе) на своей поверхности, которые могут быть активированы легко доступными химическими веществами для связывания с фосфорсодержащими соединениями, которые придают огнестойкость."В качестве фосфорсодержащего соединения они выбрали фитиновую кислоту, большое количество нетоксичного вещества, содержащегося в семенах, орехах и зернах.
Затем исследователи занялись проблемой, как заставить материал отпугивать насекомых, чтобы солдатам не приходилось многократно опрыскивать себя или носить с собой дополнительный предмет в своих рюкзаках.
Команда взяла перметрин, повседневный нетоксичный репеллент от насекомых, и прикрепила его к ткани с помощью плазменного осаждения в сотрудничестве с местной компанией LaunchBay. Путем проб и ошибок исследователи в конечном итоге получили как фитиновую кислоту, так и перметрин, которые связываются с поверхностными молекулами ткани.
Используя методы измерения теплоотдачи и общего тепловыделения, а также испытание вертикальным пламенем, они обнаружили, что модифицированный материал работает как минимум на 20% лучше, чем необработанный. Они также использовали стандартный тест на отпугивание насекомых с живыми комарами и обнаружили, что эффективность превышает 98%. Наконец, ткань оставалась «дышащей» после обработки, что было определено исследованиями воздухопроницаемости.
«Мы очень рады, – говорит Нагараджан, – потому что мы показали, что можем модифицировать эту ткань, чтобы сделать ее огнестойкой и отпугивающей насекомых – и при этом оставаться достаточно прочной и удобной.
Мы хотели бы использовать вещество, отличное от фитиновой кислоты, которое содержало бы больше фосфора и, следовательно, придавало бы больший уровень огнестойкости, большей прочности и при этом было бы нетоксичным для кожи солдата. Показав, что мы можем модифицировать ткань, мы также хотели бы посмотреть, можем ли мы прикрепить противомикробные препараты для предотвращения инфекций, вызываемых бактериями, а также красители, которые остаются прочными."