Max Home IndustryРассматривая материалы, которые могут стать тканями будущего, ученые в значительной степени отклонили один широко доступный вариант: полиэтилен.
Полиэтилен, состоящий из полиэтиленовой пленки и продуктовых пакетов, является тонким и легким, поэтому он может держать вас в прохладном месте, чем большинство тканей, потому что он пропускает тепло, а не задерживает его. Но полиэтилен также задерживает воду и пот, поскольку он не может для отвода и испарения влаги. Это свойство, препятствующее впитыванию, было основным препятствием для использования полиэтилена в качестве пригодного для носки текстиля.
Теперь инженеры Массачусетского технологического института спрядили полиэтилен в волокна и пряжу, предназначенные для отвода влаги. Они соткали из пряжи шелковистые, легкие ткани, которые впитывают и испаряют воду быстрее, чем обычные ткани, такие как хлопок, нейлон и полиэстер.
Они также подсчитали экологический след, который имел бы полиэтилен, если бы его производили и использовали в качестве текстиля. Вопреки большинству предположений, они считают, что полиэтиленовые ткани могут оказывать меньшее воздействие на окружающую среду в течение своего жизненного цикла, чем хлопчатобумажные и нейлоновые ткани.
Исследователи надеются, что ткани из полиэтилена могут стать стимулом для переработки пластиковых пакетов и других изделий из полиэтилена в пригодный для носки текстиль, что повысит экологичность материала.
«Когда кто-то бросает полиэтиленовый пакет в океан, это становится проблемой. Но эти пакеты можно легко переработать, и если из полиэтилена можно сделать кроссовки или толстовку с капюшоном, было бы экономически целесообразно забрать эти пакеты и утилизируйте их «, — говорит Светлана Борискина, научный сотрудник отдела машиностроения Массачусетского технологического института.
Борискина и ее коллеги опубликовали свои выводы сегодня в журнале Nature Sustainability
.
Фитиль для воды
Основа молекулы полиэтилена состоит из атомов углерода, к каждому из которых присоединен атом водорода. Простая структура, многократно повторяемая, образует тефлоноподобную архитектуру, которая сопротивляется прилипанию к воде и другим молекулам.
«Все, с кем мы говорили, говорили, что полиэтилен может сохранять прохладу, но он не впитывает воду и пот, потому что отталкивает воду, и из-за этого он не будет работать как ткань», — говорит Борискина.
Тем не менее она и ее коллеги пытались сделать из полиэтилена тканые волокна. Они начали с полиэтилена в виде сырого порошка и использовали стандартное текстильное производственное оборудование для плавления и экструзии полиэтилена в тонкие волокна, подобно тому, как производят пряди спагетти. К удивлению, они обнаружили, что этот процесс экструзии слегка окисляет материал, изменяя поверхностную энергию волокна, так что полиэтилен становится слабо гидрофильным и может притягивать молекулы воды к своей поверхности.
Команда использовала второй стандартный экструдер, чтобы связать несколько полиэтиленовых волокон вместе, чтобы сделать пряжу, пригодную для плетения. Они обнаружили, что внутри пряжи промежутки между волокнами образуют капилляры, через которые молекулы воды могут пассивно абсорбироваться после притяжения к поверхности волокна.
Чтобы оптимизировать эту новую капиллярную способность, исследователи смоделировали свойства волокон и обнаружили, что волокна определенного диаметра, выровненные в определенных направлениях по всей пряже, улучшают капиллярную способность волокон.
Основываясь на моделировании, исследователи создали полиэтиленовую пряжу с более оптимизированным расположением волокон и размерами, а затем использовали промышленный ткацкий станок, чтобы сплести пряжу в ткани. Затем они протестировали впитывающую способность полиэтиленовой ткани по сравнению с хлопком, нейлоном и полиэстером, окунув полоски ткани в воду и измерив время, необходимое для впитывания жидкости или подъема каждой полоски. Они также поместили каждую ткань на весы над одной каплей воды и измерили ее вес с течением времени, поскольку вода просачивалась через ткань и испарялась.
В каждом тесте полиэтиленовые ткани отводили и испаряли воду быстрее, чем другие обычные ткани. Исследователи действительно заметили, что полиэтилен потерял часть своей способности притягивать воду при многократном смачивании, но просто приложив некоторое трение или подвергнув его воздействию ультрафиолетового света, они снова заставили материал стать гидрофильным.
«Вы можете освежить материал, потерев его о себя, и таким образом он сохранит свою впитывающую способность», — говорит Борискина. «Он может непрерывно и пассивно откачивать влагу».
Эко-цикл
Команда также нашла способ включить цвет в полиэтиленовые ткани, что оказалось проблемой, опять же из-за устойчивости материала к связыванию с другими молекулами, включая традиционные чернила и красители. Исследователи добавили цветные частицы в порошкообразный полиэтилен перед экструзией материала в волокнистую форму. Таким образом, частицы были заключены в волокна, успешно придавая им цвет.
«Нам не нужно проходить традиционный процесс окрашивания тканей, погружая их в растворы агрессивных химикатов», — говорит Борискина. «Мы можем окрашивать полиэтиленовые волокна полностью сухим способом, а в конце их жизненного цикла мы можем плавить, центрифугировать и извлекать частицы для повторного использования».
Процесс сухой окраски, используемый командой, способствует относительно небольшому экологическому воздействию, которое полиэтилен имел бы, если бы его использовали для производства текстиля, говорят исследователи. Команда рассчитала этот след с помощью инструмента оценки жизненного цикла, обычно используемого в текстильной промышленности. Принимая во внимание физические свойства полиэтилена и процессы, необходимые для изготовления и окрашивания тканей, исследователи обнаружили, что для производства полиэтиленового текстиля потребуется меньше энергии по сравнению с полиэстером и хлопком.
«Полиэтилен имеет более низкую температуру плавления, поэтому его не нужно нагревать так же сильно, как другие синтетические полимерные материалы, например, для изготовления пряжи», — поясняет Борискина. «Синтез сырого полиэтилена также выделяет меньше парниковых газов и отходящего тепла, чем синтез более традиционных текстильных материалов, таких как полиэстер или нейлон. Хлопок также требует много земли, удобрений и воды для выращивания и обрабатывается агрессивными химикатами, которые все наносит огромный вред окружающей среде «.
На этапе использования полиэтиленовая ткань также может иметь меньшее воздействие на окружающую среду, говорит она, поскольку для стирки и сушки материала потребуется меньше энергии по сравнению с хлопком и другими тканями.
«Он не пачкается, потому что к нему ничего не прилипает», — говорит Борискина. «Полиэтилен можно стирать в холодном режиме в течение 10 минут, а хлопок — в горячем режиме в течение часа».
Команда изучает способы использования полиэтиленовых тканей в легкой, пассивно охлаждающей спортивной одежде, военной одежде и даже в скафандрах нового поколения, поскольку полиэтилен защищает от вредного рентгеновского излучения космоса.