Uniformen van soldaten van het Amerikaanse leger moeten aan een lange lijst met uitdagende eisen voldoen. Ze moeten zich in alle klimaten op hun gemak voelen, duurzaam zijn door meerdere wasbeurten, weerstaan ​​vuren en weren insecten, onder andere. Bestaande stoffen vinken niet al deze vakjes aan, dus hebben wetenschappers een nieuwe manier bedacht om een ​​vlamvertrager te maken, insectenafstotende stof die niet-toxische stoffen gebruikt.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Het leger presenteerde ons deze interessante en uitdagende vereiste voor multifunctionaliteit, " zegt studieleider Ramaswamy Nagarajan, doctoraat "Er zijn vlamvertragende legeruniformen gemaakt van verschillende materialen die voldoen aan vlamvertragende eisen. Maar ze zijn duur, en er zijn problemen met het verven van de stoffen. Ook, sommige grondstoffen worden niet in de VS geproduceerd. ons doel was om een ​​bestaand materiaal te vinden dat we konden aanpassen om het vlamvertragend en insectenwerend te maken, maar toch een stof hebben die een soldaat zou willen dragen."

Omdat de onderzoeksgroep van Nagarajan zich richt op duurzame groene chemie, het team zocht niet-toxische chemicaliën en processen voor deze studie. Ze kozen ervoor om een ​​in de handel verkrijgbare 50-50 nylon-katoenmix aan te passen, een relatief goedkope, duurzame en comfortabele stof geproduceerd in de VS Het materiaal wordt gebruikt in een breed scala aan civiele en militaire toepassingen omdat het nylon sterk en slijtvast is, terwijl het katoen comfortabel is om te dragen. Maar dit type textiel stoot van nature geen insecten af ​​en gaat gepaard met een hoog brandrisico.

"We zijn begonnen met het brandvertragend maken van de stof, gericht op het katoengedeelte van de blend, " legt Sourabh Kulkarni uit, een doctoraat student die met Nagarajan werkt aan het Lowell Center for Advanced Materials van de Universiteit van Massachusetts. "Katoen heeft veel hydroxylgroepen (zuurstof en waterstof aan elkaar gebonden) op het oppervlak, die kunnen worden geactiveerd door gemakkelijk verkrijgbare chemicaliën om zich te verbinden met fosforhoudende verbindingen die vlamvertraging verlenen." Voor hun fosforbevattende verbinding, ze kozen voor fytinezuur, een overvloedige, niet-toxische stof gevonden in zaden, noten en granen.

Volgende, de onderzoekers pakten het probleem aan om ervoor te zorgen dat het materiaal insecten afstoot, zodat soldaten zichzelf niet herhaaldelijk hoeven te sproeien of een extra item in hun rugzak hoeven te dragen. Het team nam permethrin, een alledaags niet-toxisch insectenverdrijvend middel, en bevestigde het aan de stof met behulp van plasma-geassisteerde depositie in samenwerking met een lokaal bedrijf, LaunchBay. Door vallen en opstaan, de onderzoekers kregen uiteindelijk zowel het fytinezuur als permethrin om te koppelen aan de oppervlaktemoleculen van de stof.

Methoden gebruiken om warmteafgiftecapaciteit en totale warmteafgifte te meten, evenals een verticale vlamtest, ze ontdekten dat het gemodificeerde materiaal minstens 20% beter presteerde dan het onbehandelde materiaal. Ze gebruikten ook een standaard insectenwerendheidstest met levende muggen en ontdekten dat de werkzaamheid groter was dan 98%. Eindelijk, de stof bleef "ademend" na behandeling zoals bepaald door luchtdoorlaatbaarheidsstudies.

"We zijn erg opgewonden, "Nagarajan zegt, "omdat we hebben aangetoond dat we deze stof kunnen aanpassen om vlamvertragend en insectenwerend te zijn - en toch redelijk duurzaam en comfortabel te zijn. We zouden graag een andere stof dan fytinezuur gebruiken die meer fosfor zou bevatten en daarom een ​​hoger niveau zou geven van vlamvertraging, betere duurzaamheid en toch niet-toxisch zijn voor de huid van een soldaat. Nadat we hebben aangetoond dat we de stof kunnen wijzigen, we willen ook kijken of we antimicrobiële middelen kunnen hechten om infecties door bacteriën te voorkomen, evenals kleurstoffen die duurzaam blijven."