Multifunctional sol-gel coating for velvet fabric

The present study aims to synthesize a multifunctional sol-gel coating on a velvet fabric (VV SENIB), used in upholstery applications, provided by the company Prosetex to improve the product properties in three main fields: flame resistance, hydrophobicity and wear resistance. The toxicity associated to the conventional treatments, which usually employ halogens compounds, to provide these properties is causing a new interest in finding different solutions, among which the sol-gel route seems to be one of the most promising. To grant the fabric the desired properties a silica coating has been selected as a viable solution for the sol-gel route. The silicon alkoxides (TEOS and MTES) were employed as main precursors for the formation of a silica coating on the fabric fibers at low temperature, which is responsible for the flame retardancy and wear resistance properties of the fabric itself. Ethanol, which is the parent alcohol of the TEOS, was used to achieve less rigid and fragile final coating, good miscibility between TEOS and water together with an increment in the hydrolysis rate. The sol then was refined through the addition of an acid catalyst to increase even more the hydrolysis rate, P and Ndoping agents to favor the formation of a char residue, which act as a physical and thermal barrier during the combustion, and the reduction of the partial pressure of oxygen in the burning area respectively. To provide the hydrophobic character to the velvet and reduce the rigidity of the final coating a silicon based organic polymer, PDMS-OH, was added to the sol. The functionalization of the fabric, obtained through dip-coating deposition using a stable sol, was able to form a hybrid organic/inorganic homogeneous and compact coating on the fabric surface. The samples properly functionalized resisted to the BS 5852 Part 1: 1979 test, which is the one used by the company to test their upholstery products, showed contact angle values on the velvet ranging from 104° to 128°, meaning that the hydrophobicity was achieved and not lost after the severe washing step. A good resistance to the abrasive Martindale test up to a threshold concentration in the sol of the silica precursors was also achieved. The process optimized in this study is ready to be tested by the company to verify if an application is industrially feasible and competitive with the functionalization treatments employed nowadays in the textile market.

Questo studio ha come obiettivo la sintesi di un rivestimento multifunzionale ottenuto tramite processo sol-gel su un campione di velluto (VV SENIB), principalmente utilizzato in applicazioni di arredamento e tappezzeria, fornito dall’azienda Prosetex per migliorare principalmente le proprietà del prodotto in tre campi: resistenza alla fiamma, idrofobicità e resistenza all’abrasione. La tossicità associata ai processi convenzionali, che solitamente utilizzano composti alogenati, per garantire queste proprietà sta causando un aumento di interesse nella ricerca di soluzioni alternative, tra le quali l’utilizzo di un trattamento sol-gel sembra essere una delle più promettenti. Al fine di garantire al tessuto le proprietà desiderate un rivestimento di silica è stato selezionato come una soluzione attuabile tramite il processo sol-gel. Gli alcossidi siliconici (TEOS and MTES) sono utilizzati come principali precursori per la formazione di uno di silica sulle fibre del tessuto a basse temperature, il quale è responsabile nel garantire proprietà ritardanti di fiamma e di resistenza all’abrasione del tessuto stesso. L’etanolo, che è il parent alcol del TEOS, è stato utilizzato per ottenere un rivestimento finale meno rigido e fragile, garantire miscibilità tra acqua e TEOS ed incrementare la velocità di idrolisi. La sol è stata quindi perfezionata tramite l’aggiunta di un catalizzatore acido per aumentare ulteriormente la velocità di idrolisi, di agenti dopanti P ed N per favorire la formazione del residuo carbonioso, che agisce come barriera termica e fisica durante la combustione, e la riduzione della pressione parziale di ossigeno nei pressi della fiamma rispettivamente. Per garantire le caratteristiche idrofobiche al velluto e ridurre la rigidità del rivestimento finale è stato aggiunto alla sol un polimero organico siliconico, il PDMS-OH. La funzionalizzazione del tessuto, ottenuta tramite dip-coating usando una sol stabile, è stata in grado di creare un rivestimento ibrido organico/inorganico omogeneo e compatto sulla superficie del tessuto stesso. I campioni propriamente funzionalizzati hanno resistito ai test alla fiamma BS 5852 Part 1: 1979, lo stesso utilizzato dall’azienda per testare i loro prodotti per arredamento e tappezzeria, hanno mostrato angoli di contatto sul velluto con valori compresi tra 104° e 128°, dimostrando l’ottenimento del carattere idrofobico che non è stato perso dopo il severo step di lavaggio. Inoltre, è stata ottenuta anche una buona resistenza al test abrasivo Martindale fino ad una concentrazione limite nella sol di alcossidi siliconici. Il processo ottimizzato in questo studio è pronto per essere XIII testato dall’azienda per verificare se la sua applicazione sia adatta all’implementazione industriale e sia competitiva con i trattamenti utilizzati oggi nel mercato dei tessuti.