방화 및 편안한 면: 포름알데히드가 없는 보호 직물

Mar 18, 2024

스위스 재료과학기술연방연구소(EMPA) 작성2021년 9월 18일

비용 효율성: Empa 과학자 Sabyasachi Gaan은 상업용 압력솥의 증기를 사용하여 면직물의 난연성 샘플을 만듭니다. 크레딧: Empa

Empa가 개발한 새로운 화학 공정은 면을 내화성 직물로 바꾸는 동시에 면의 피부 친화적인 특성을 유지합니다.

최첨단 난연성 면직물은 포름알데히드 방출로 인해 착용이 불편합니다. Empa 과학자들은 섬유 내부에 물리적, 화학적으로 독립적인 난연제 네트워크를 만들어 이 문제를 피할 수 있었습니다. 이러한 접근 방식은 의류 및 가정용 직물에 사용되는 천연 섬유에 대한 전 세계 수요의 4분의 3을 차지하는 면 섬유의 본질적으로 긍정적인 특성을 유지합니다. 면은 상당한 양의 물을 흡수하고 피부에 유리한 미기후를 유지할 수 있기 때문에 피부 친화적입니다.

소방관 및 기타 응급 서비스 요원에게 보호복은 가장 중요한 장벽을 제공합니다. 이러한 목적을 위해 면은 주로 추가적인 특성이 필요한 내부 직물 층으로 사용됩니다. 예를 들어, 내화성 또는 생물학적 오염으로부터 보호해야 합니다. 그럼에도 불구하고 불편한 미기후를 조성할 수 있는 소수성이어서는 안 됩니다. 이러한 추가 특성은 적절한 화학적 변형을 통해 면 섬유에 구축될 수 있습니다.

Empa의 Advanced Fibers 연구소에서 근무하는 화학자이자 폴리머 전문가인 Sabyasachi Gaan은 “지금까지 면화를 내화성 소재로 만들기 위해 항상 타협을 해왔습니다.”라고 말했습니다. 업계에서 세탁에 강한 난연성 면화는 면의 셀룰로오스와 화학적으로 결합하는 난연제로 직물을 처리하여 생산됩니다. 현재 섬유산업에서는 포름알데히드 기반 화학물질을 활용하는 것 외에는 선택의 여지가 없으며 포름알데히드는 발암물질로 분류됩니다. 이는 수십 년 동안 해결되지 않은 문제였습니다. 포름알데히드 기반 난연 처리는 내구성이 있지만 추가적인 단점도 있습니다. 셀룰로오스의 -OH 그룹이 화학적으로 차단되어 면의 물 흡수 능력이 크게 저하되어 직물이 불편해집니다.

Gaan은 면섬유의 화학적 성질을 잘 알고 있으며 Empa에서 이미 많은 산업 분야에 사용되는 인 화학을 기반으로 한 난연제를 개발하는 데 수년을 보냈습니다. 이제 그는 목화 내부에 독립적인 네트워크 형태로 인을 고정시키는 우아하고 쉬운 방법을 찾는 데 성공했습니다.

새로운 인 화학은 pH 변화에 따라 약물을 방출할 수 있는 하이드로겔을 만드는 등 다른 물질을 개발하는 데에도 사용될 수 있습니다. 이러한 젤은 천천히 치유되는 상처 치료에 응용될 수 있습니다. 그러한 상처에서는 피부 표면의 pH가 증가하고 새로운 인 기반 젤이 촉발되어 의사와 간호사에게 문제를 경고하는 약물이나 염료를 방출할 수 있습니다. Empa는 또한 그러한 하이드로겔 생산에 대한 특허를 받았습니다.

Gaan과 그의 동료인 Rashid Nazir, Dambarudhar Parida 및 Joel Borgstädt는 특별히 첨가된 분자(피페라진과 같은 질소 화합물)와만 반응하여 목화 내부에 자체 네트워크를 형성할 수 있는 3작용성 인 화합물(트리비닐포스핀 산화물)을 활용했습니다. 이는 유리한 -OH 그룹을 차단하지 않고 면을 영구적으로 내화성으로 만듭니다. 또한, 물리적 포스핀 산화물 네트워크도 물을 좋아합니다. 이 난연 처리에는 섬유 제조 과정에서 섬유 작업자를 위험에 빠뜨릴 수 있는 발암성 포름알데히드가 포함되어 있지 않습니다. 이렇게 형성된 포스핀 옥사이드 네트워크는 씻겨 나가지 않습니다. 50회 세탁 후에도 난연제 네트워크의 95%가 여전히 직물에 존재합니다.

Empa에서 개발된 난연성 면에 추가적인 보호 기능을 제공하기 위해 연구진은 현장에서 생성된 은 나노입자를 직물 내부에 통합했습니다. 이는 포스핀 산화물 네트워크 생성과 함께 1단계 프로세스로 훌륭하게 작동합니다. 은 나노입자는 섬유에 항균 특성을 제공하고 50번의 세탁 주기에도 견딜 수 있습니다.