Les textiles en coton ignifugés conventionnels contiennent souvent des résidus de formaldéhyde et sont également désagréables pour la peau. Les scientifiques de l'Empa ont réussi à contourner ce problème en créant un réseau physiquement et chimiquement indépendant à l'intérieur des fibres. Cela permet de préserver les propriétés positives des fibres de coton, qui représentent les trois quarts de la demande mondiale de fibres naturelles pour l'habillement et les textiles d'intérieur : Le coton est doux pour la peau car il peut absorber des quantités importantes d'eau et assure un microclimat favorable à la surface de la peau.

Pour les pompiers et autres personnels d'urgence, les vêtements de protection constituent la barrière la plus importante. À cette fin, le coton est principalement utilisé comme couche textile intérieure, mais il requiert des propriétés supplémentaires : Par exemple, il doit être ignifuge ou protéger contre les polluants biologiques. Néanmoins, il ne doit pas être hydrofuge, car cela créerait un microclimat désagréable. Ces propriétés supplémentaires peuvent être "intégrées" aux fibres de coton par des modifications chimiques appropriées.

Durable mais toxique

"Jusqu'à présent, rendre le coton résistant au feu a toujours été un compromis", explique le chimiste et expert en polymères Sabyasachi Gaan du département Advanced Fibers de l'Empa. Le coton résistant au lavage et ignifuge est produit dans l'industrie en traitant le tissu avec des ignifugeants qui se combinent chimiquement avec 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 considéré comme un agent cancérigène. Un problème vieux de plusieurs décennies. Les retardateurs de flamme à base de formaldéhyde ont une longue durée de vie, mais ils présentent d'autres inconvénients : Ils bloquent chimiquement les groupes OH de la cellulose, ce qui réduit considérablement la capacité du coton à absorber l'eau et rend les textiles inconfortables à porter.

Sabyasachi 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, qui sont déjà utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Il a maintenant réussi à trouver un moyen simple et élégant d'ancrer le phosphore dans le coton sous la forme d'un réseau indépendant.

Réseau chimique entre les fibres de coton

Sabyasachi Gaan et ses collègues chercheurs Rashid Nazir, Dambarudhar Parida et Joel Borgstädt, ont utilisé un composé phosphoré trifonctionnel (oxyde de trivinylphosphine) qui a la capacité de réagir uniquement avec certaines molécules ajoutées (composés azotés tels que la pipérazine) et de former son propre réseau à l'intérieur du coton. Cela rend le coton résistant au feu de manière permanente sans bloquer les groupes OH bénéfiques. En outre, le réseau physique d'oxyde de phosphine est également hydrophile et absorbe une humidité supplémentaire. Cette finition ignifuge ne contient pas de formaldéhyde cancérigène, qui mettrait en danger les travailleurs du textile lors de la production notamment, et les réseaux d'oxyde de phosphine ne se délavent pas non plus : Après 50 lavages, 95 % du réseau de retardateurs de flamme est encore présent dans le tissu.

Pour conférer au coton ignifugé développé à l'Empa des fonctions protectrices supplémentaires, les chercheurs ont introduit des nanoparticules d'argent dans le tissu. Ce processus s'effectue en une seule étape, en même temps que la génération des réseaux d'oxyde de phosphine. Les nanoparticules d'argent confèrent à la fibre des propriétés antimicrobiennes et survivent même à 50 lavages.

Une solution high-tech à la cocotte-minute

"Nous avons utilisé une approche simple pour fixer les réseaux d'oxyde de phosphine à l'intérieur de la cellulose", explique Sabyasachi Gaan. "Pour nos expériences en laboratoire, nous avons d'abord traité le coton avec une solution aqueuse de composés de phosphore et d'azote, puis nous l'avons cuit à la vapeur dans un autocuiseur commercial pour faciliter la réaction de réticulation des molécules de phosphore et d'azote." Le processus d'application est compatible avec les machines de traitement déjà utilisées dans l'industrie textile. "L'étuvage des textiles après la teinture, l'impression et le finissage est une étape normale dans l'industrie textile. L'application de notre procédé ne nécessite donc aucun investissement supplémentaire", précise le chimiste de l'Empa.

Résistant au feu et câlin