Плазма как экологичный путь придания огнестойкости и УФ‑защиты текстильным тканям

Более безопасные ткани для повседневной жизни

От диванов и занавесок до автомобильных сидений и свитеров — синтетические ткани окружают нас повсюду. Однако многие из этих материалов легко воспламеняются, мало защищают от ультрафиолетового (УФ) излучения солнца и могут служить средой для размножения бактерий. В этом исследовании предложен «более зелёный» способ модернизации распространённой синтетической ткани — полакрила — чтобы она была устойчивой к огню, блокировала УФ‑лучи, боролась с микробами и даже стала немного прочнее, при этом уменьшая выделение токсичных газов при горении.

Мягкое свечение, меняющее поверхность волокна

Исследователи начали с невидимого инструмента — газовой плазмы, низкотемпературного частично ионизованного газа, который часто описывают как мягкое свечение. Они обрабатывали полакриловую ткань кислородной или азотной плазмой в течение до 90 минут. Эта обработка не плавит и не покрывает ткань; она деликатно вводит новые химические группы на поверхность волокна, делая её менее отталкивающей для воды и более гидрофильной. Это небольшое изменение облегчает последующему покрытию прочное сцепление с волокнами, решая давнюю проблему: синтетические ткани обычно лишены «крючков» на поверхности, необходимых для долговечных отделок.

Растительный нанощит

Далее команда приготовила тонкое защитное покрытие на основе наночастиц оксида цинка. Нетипично, что эти наночастицы синтезировали с использованием экстракта стеблей растения молохия, что обеспечивает более экологичный путь по сравнению с традиционными методами. Частицы оксида цинка, в среднем диаметром всего 6,2 нанометра, смешивали с двумя фосфорсодержащими соединениями — триполифосфатом натрия и гексафторофосфатом тетра‑n‑бутил-аммония, которые способствуют образованию защитного шлака при горении. Эта смесь сформировала «зелёный нанокомпозит», который можно было нанести на плазмоактивированную ткань, где он сцеплялся значительно лучше, чем с необработанной поверхностью.

Испытания на огонь, микробы и солнечный свет

Чтобы проверить, соответствует ли улучшенная ткань ожиданиям, учёные провели ряд стандартных испытаний. В тестах на воспламеняемость необработанная полакриловая ткань горела быстро, тогда как покрытые и плазмено‑обработанные образцы горели значительно медленнее. Лучшая по результатам версия — с кислородной плазмой и последующим нанопокрытием — сократила скорость горения примерно на 83 процента. Она также требовала большего содержания кислорода для поддержания горения и выделяла заметно меньше диоксида углерода, оксидов азота и диоксида серы — газов, связанных с токсичным дымом — благодаря более толстой и плотной шлаковой корке, которая запечатывала поверхность ткани. При этом механические испытания показали, что покрытие не ослабляло материал; в некоторых случаях прочность при разрыве улучшалась примерно на 10 процентов, что указывает на лёгкий укрепляющий эффект нано‑слоя.

Защита от микробов и агрессивного солнечного света

Те же обработанные ткани получили новые полезные свойства для здоровья. В чашках Петри необработанная полакриловая ткань позволяла свободно размножаться двум распространённым бактериям — Staphylococcus aureus и Escherichia coli. Напротив, образцы с растительным покрытием на основе оксида цинка демонстрировали отчётливые зоны без бактерий в несколько миллиметров вокруг образца. Этот антимикробный эффект возникал в результате комбинированного действия оксида цинка, фосфорных соединений и экстракта молохии, все они прочно удерживались на плазмоактивированной поверхности. При измерении УФ‑защиты выяснилось, что фактор защиты от ультрафиолета (UPF) вырос с 12,5 для базовой ткани до 39,6 после обработки — более чем трёхкратное улучшение, сопоставимое или превосходящее многие другие передовые текстильные отделки, описанные в литературе.

Перспективы и ограничения более экологичных «умных» тканей

Наконец, команда проверила стойкость новой отделки к стирке. После нескольких циклов стирки огнестойкие свойства оставались приемлемыми, но при последующих стирках снижались, что показывает: текущее покрытие является полу‑долговечным, а не постоянным. Тем не менее общая картина обнадёживает: с помощью низкотемпературной плазменной «грунтовки» и растительно‑подкреплённого нанопокрытия распространённую синтетическую ткань можно превратить в более безопасный, защитный и чуть более прочный материал. Для повседневных пользователей это со временем может означать домашние и технические текстили, которые реже горят, лучше защищают от солнца, замедляют рост бактерий и при возгорании выделяют менее токсичный дым — всё это достигнуто процессом, учитывающим экологические соображения.

Цитирование: Abdel-Razik, A.M., Nasr, H.E. & Attia, N.F. Plasma tool as green route for incorporation of flame retardancy and ultraviolet protection of textile fabrics. Sci Rep 16, 12474 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47539-x

Ключевые слова: огнестойкие текстили, нанопокрытия, плазменная обработка поверхности, ткань с УФ‑защитой, антибактериальные материалы