Uniformer av amerikanska armésoldater måste uppfylla en lång rad utmanande krav. De måste känna sig bekväma i alla klimat, vara hållbar genom flera tvättar, motstå bränder och avvärja insekter, bland annat. Befintliga tyger markerar inte alla dessa rutor, så forskare har kommit på ett nytt sätt att skapa ett flamskyddsmedel, insektsavvisande tyg som använder giftfria ämnen.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag på American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Armén presenterade för oss detta intressanta och utmanande krav på multifunktionalitet, " säger studieledaren Ramaswamy Nagarajan, Ph.D. "Det finns flamsäkra arméns stridsuniformer gjorda av olika material som uppfyller flamskyddskraven. Men de är dyra, och det finns problem med att färga tygerna. Också, en del av råvarorna produceras inte i USA, så, vårt mål var att hitta ett befintligt material som vi kunde modifiera för att göra det flamskyddande och insektsavvisande, men har fortfarande ett tyg som en soldat skulle vilja bära."

Eftersom Nagarajans forskargrupp fokuserar på hållbar grön kemi, teamet sökte giftfria kemikalier och processer för denna studie. De valde att modifiera en kommersiellt tillgänglig 50-50 nylon-bomullsblandning, en relativt billig, slitstarkt och bekvämt tyg tillverkat i USA. Materialet används i ett brett spektrum av civila och militära tillämpningar eftersom nylonet är starkt och motståndskraftigt mot nötning, medan bomullen är bekväm att bära. Men den här typen av textil avvisar inte i sig insekter och är förknippad med en hög brandrisk.

"Vi började med att göra tyget brandskyddande, med fokus på bomullsdelen av blandningen, " förklarar Sourabh Kulkarni, en Ph.D. student som arbetar med Nagarajan vid University of Massachusetts Lowell Center for Advanced Materials. "Bomull har många hydroxylgrupper (syre och väte bundna tillsammans) på sin yta, som kan aktiveras av lättillgängliga kemikalier för att länka till fosforhaltiga föreningar som ger flamskydd." För deras fosforhaltiga förening, de valde fytinsyra, en riklig, giftfritt ämne som finns i frön, nötter och spannmål.

Nästa, forskarna tog itu med frågan om att få materialet att stöta bort insekter så att soldater inte skulle behöva spraya sig upprepade gånger eller bära med sig ytterligare ett föremål i sina förpackningar. Teamet tog permetrin, ett vardagligt giftfritt insektsmedel, och fäste den på tyget med hjälp av plasmaassisterad deponering i samarbete med ett lokalt företag, LaunchBay. Genom försök och misstag, forskarna fick så småningom både fytinsyra och permetrin att länka till tygets ytmolekyler.

Använda metoder för att mäta värmeavgivningskapacitet och total värmeavgivning, samt ett vertikalt flamtest, de fann att det modifierade materialet presterade minst 20 % bättre än det obehandlade materialet. De använde också ett standardinsektsavstötningstest med levande myggor och fann att effekten var större än 98 %. Till sist, tyget förblev "andningsbart" efter behandling som bestämts genom luftpermeabilitetsstudier.

"Vi är väldigt exalterade, " Nagarajan säger, "eftersom vi har visat att vi kan modifiera det här tyget så att det är flamskyddande och insektsavvisande - och ändå vara ganska hållbart och bekvämt. Vi skulle vilja använda ett annat ämne än fytinsyra som skulle innehålla mer fosfor och därför ge en högre nivå av flamskydd, bättre hållbarhet och fortfarande vara giftfri för en soldats hud. Efter att ha visat att vi kan modifiera tyget, vi skulle också vilja se om vi kan fästa antimikrobiella medel för att förhindra infektioner från bakterier, såväl som färgämnen som förblir hållbara."