Kunne vi genbruge plastikposer til fremtidens stoffer?

Når man overvejer materialer, der kunne blive fremtidens stoffer, videnskabsmænd har stort set afvist én bredt tilgængelig mulighed:polyethylen.

Tingene med plastikfolie og indkøbsposer, polyethylen er tyndt og let, og kunne holde dig køligere end de fleste tekstiler, fordi det slipper varme igennem i stedet for at fange den ind. Men polyethylen ville også låse vand og sved, da det ikke er i stand til at trække væk og fordampe fugt. Denne antiwicking-egenskab har været en væsentlig afskrækkende virkning på polyethylens adoption som et bærbart tekstil.

Nu, MIT-ingeniører har spundet polyethylen til fibre og garn designet til at transportere fugt væk. De vævede garnene til silkeagtig, letvægtsstoffer, der absorberer og fordamper vand hurtigere end almindelige tekstiler som bomuld, nylon, og polyester.

De har også beregnet det økologiske fodaftryk, som polyethylen ville have, hvis det blev produceret og brugt som tekstil. I modsætning til de fleste antagelser, de vurderer, at polyethylenstoffer kan have en mindre miljøpåvirkning over deres livscyklus end bomulds- og nylontekstiler.

Forskerne håber, at stoffer fremstillet af polyethylen kan give et incitament til at genbruge plastikposer og andre polyethylenprodukter til bærbare tekstiler, bidrager til materialets bæredygtighed.

"Når nogen kaster en plastikpose i havet, det er et problem. Men de poser kunne sagtens genbruges, og hvis du kan lave polyethylen til en sneaker eller en hættetrøje, det ville give økonomisk mening at samle disse poser op og genbruge dem, " siger Svetlana Boriskina, en forsker i MIT's Department of Mechanical Engineering.

Boriskina og hendes kolleger har offentliggjort deres resultater i dag i Naturens bæredygtighed.

Vandvæge

Et molekyle af polyethylen har en rygrad af kulstofatomer, hver med et hydrogenatom tilknyttet. Den enkle struktur, gentaget mange gange, danner en teflon-lignende arkitektur, der modstår at klæbe til vand og andre molekyler.

"Alle, vi talte med, sagde, at polyethylen kunne holde dig kølig, men det ville ikke absorbere vand og svede, fordi det afviser vand, og på grund af dette, det ville ikke fungere som tekstil, " siger Boriskina.

Alligevel, hun og hendes kolleger forsøgte at lave vævbare fibre af polyethylen. De startede med polyethylen i sin råpulverform og brugte standard tekstilfremstillingsudstyr til at smelte og ekstrudere polyethylen til tynde fibre, svarende til at vende tråde af spaghetti ud. Overraskende nok, de fandt ud af, at denne ekstruderingsproces oxiderede materialet lidt, ændring af fiberens overfladeenergi, så polyethylen blev svagt hydrofilt, og i stand til at tiltrække vandmolekyler til dens overflade.

Holdet brugte en anden standardekstruder til at bundte flere polyethylenfibre sammen for at lave et vævbart garn. De fandt ud af, at i en tråd af garn, mellemrummene mellem fibrene dannede kapillærer, gennem hvilke vandmolekyler kunne absorberes passivt, når de først blev tiltrukket af en fibers overflade.

For at optimere denne nye sugeevne, forskerne modellerede egenskaberne af fibrene og fandt ud af, at fibre med en vis diameter, justeret i bestemte retninger i hele garnet, forbedrede fibrenes vægeevne.

Baseret på deres modellering, forskerne lavede polyethylengarn med mere optimerede fiberarrangementer og dimensioner, brugte derefter en industrivæv til at væve garnet til stoffer. De testede derefter polyethylenstofs evne til at transportere over bomuld, nylon, og polyester ved at dyppe strimler af stofferne i vand og måle den tid, det tog for væsken at suge, eller klatre op ad hver stribe. De placerede også hvert stof på en vægt over en enkelt vanddråbe og målte dets vægt over tid, da vandet blev slemt gennem stoffet og fordampet.

I hver test, polyethylenstoffer ledte væk og fordampede vandet hurtigere end andre almindelige tekstiler. Forskerne observerede, at polyethylen mistede noget af sin vandtiltrækningsevne ved gentagen befugtning, men ved blot at anvende en vis friktion, eller udsætte den for ultraviolet lys, de fik materialet til at blive hydrofilt igen.

"Du kan genopfriske materialet ved at gnide det mod sig selv, og på den måde bevarer den sin vægeevne, Boriskina siger. "Den kan kontinuerligt og passivt pumpe fugt væk."

Øko cyklus

Holdet fandt også en måde at inkorporere farve i polyethylenstofferne, hvilket har været en udfordring, igen på grund af materialets modstand mod binding med andre molekyler, herunder traditionelle blæk og farvestoffer. Forskerne tilføjede farvede partikler til den pulveriserede polyethylen, før de ekstruderede materialet til fiberform. På denne måde partikler blev indkapslet i fibrene, med succes at give farve til dem.

"Vi behøver ikke at gennemgå den traditionelle proces med at farve tekstiler ved at dyppe dem i opløsninger af skrappe kemikalier, Boriskina siger. "Vi kan farve polyethylenfibre på en helt tør måde, og i slutningen af ​​deres livscyklus, vi kunne smelte ned, centrifugere, og genvind partiklerne til brug igen."

Holdets tørfarvningsproces bidrager til det relativt lille økologiske fodaftryk, som polyethylen ville have, hvis det blev brugt til at fremstille tekstiler, siger forskerne. Holdet beregnede dette fodaftryk ved at bruge et livscyklusvurderingsværktøj, der almindeligvis bruges af tekstilindustrien. Under hensyntagen til polyethylens fysiske egenskaber og de processer, der kræves for at fremstille og farve stofferne, forskerne fandt ud af, at det ville kræve mindre energi at producere polyethylentekstiler, sammenlignet med polyester og bomuld.

"Polyethylen har en lavere smeltetemperatur, så du behøver ikke at varme det op så meget som andre syntetiske polymermaterialer for at lave garn, for eksempel, " Boriskina forklarer. "Syntese af rå polyethylen frigiver også mindre drivhusgasser og spildvarme end syntese af mere konventionelle tekstilmaterialer såsom polyester eller nylon. Bomuld tager også meget jord, gødning, og vand til at vokse, og er behandlet med skrappe kemikalier, som alle kommer med et enormt økologisk fodaftryk."

I brugsfasen, polyethylenstof kan også have en mindre miljøpåvirkning, hun siger, da det ville kræve mindre energi at vaske og tørre materialet sammenlignet med bomuld og andre tekstiler.

"Den bliver ikke beskidt, fordi intet klæber til den, Boriskina siger. "Du kan vaske polyethylen på den kolde cyklus i 10 minutter, versus at vaske bomuld på den varme cyklus i en time."

Holdet udforsker måder at inkorporere polyethylenstoffer i lette, passivt kølende sportstøj, militær påklædning, og endda næste generations rumdragter, som polyethylen skærmer mod rummets skadelige røntgenstråling.