TESSUTI AUTO-RAFFREDDANTI POTREBBERO ESSERE REALIZZATI CON SACCHETTI DI PLASTICA RICICLATA
Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato tessuti auto-raffreddanti del futuro che potrebbero essere realizzati con sacchetti di plastica riciclata
Gli ingegneri hanno sviluppato tessuti auto-raffreddanti in polietilene, un materiale comunemente usato nei sacchetti di plastica.
Considerando i materiali che potrebbero diventare i tessuti del futuro, gli scienziati hanno ampiamente scartato un’opzione ampiamente disponibile: il polietilene.
Roba da involucro di plastica e sacchetti della spesa, il polietilene è sottile e leggero e potrebbe mantenerti più fresco della maggior parte dei tessuti perché lascia passare il calore anziché intrappolarlo.
Ma il polietilene blocca anche l’acqua e il sudore, poiché non è in grado di allontanarsi ed evaporare l’umidità.
Questa proprietà anti-intrusione è stata un importante deterrente per l’adozione del polietilene come tessuto indossabile.
Ora, gli ingegneri del MIT hanno trasformato il polietilene in fibre e filati progettati per eliminare l’umidità.
Hanno tessuto i filati in tessuti setosi e leggeri che assorbono ed evaporano l’acqua più rapidamente rispetto ai tessuti comuni come cotone, nylon e poliestere.
Hanno anche calcolato l’impronta ecologica che il polietilene avrebbe se fosse prodotto e utilizzato come tessuto.
Contrariamente alla maggior parte delle ipotesi, stimano che i tessuti in polietilene possano avere un minore impatto ambientale nel loro ciclo di vita rispetto ai tessuti in cotone e nylon.
I ricercatori sperano che i tessuti in polietilene possano fornire un incentivo a riciclare sacchetti di plastica e altri prodotti in polietilene in tessuti indossabili, aumentando la sostenibilità del materiale.
“Una volta che qualcuno lancia un sacchetto di plastica nell’oceano, questo è un problema.
Ma quei sacchetti potrebbero essere facilmente riciclate, e se riesci a trasformare il polietilene in una scarpa da ginnastica o una felpa con cappuccio, avrebbe senso dal punto di vista economico raccoglierle e riciclarle “, afferma Svetlana Boriskina, del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT.
Stoppino d’acqua
Una molecola di polietilene ha una spina dorsale di atomi di carbonio, ciascuno con un atomo di idrogeno attaccato.
La struttura semplice, ripetuta più volte, forma un’architettura simile al teflon che resiste all’adesione all’acqua e ad altre molecole.
“Tutti quelli con cui abbiamo parlato hanno detto che il polietilene potrebbe mantenerti fresco, ma non assorbirebbe acqua e sudore perché respinge l’acqua e, per questo motivo, non funzionerebbe come tessuto”, dice Boriskina.
Tuttavia, lei ei suoi colleghi hanno cercato di realizzare fibre tessili dal polietilene.
Hanno iniziato con il polietilene nella sua forma di polvere grezza e hanno utilizzato attrezzature di produzione tessile standard per fondere ed estrudere il polietilene in fibre sottili, simili alla produzione di fili di spaghetti.
Sorprendentemente, hanno scoperto che questo processo di estrusione ha leggermente ossidato il materiale, modificando l’energia superficiale della fibra in modo che il polietilene diventasse debolmente idrofilo e in grado di attrarre le molecole d’acqua sulla sua superficie.
Il team ha utilizzato un secondo estrusore standard per raggruppare più fibre di polietilene insieme per creare un filato tessibile.
Hanno scoperto che, all’interno di un filo di filato, gli spazi tra le fibre formavano capillari attraverso i quali le molecole d’acqua potevano essere assorbite passivamente una volta attratte dalla superficie di una fibra.
Per ottimizzare questa nuova capacità di traspirazione, i ricercatori hanno modellato le proprietà delle fibre e hanno scoperto che le fibre di un certo diametro, allineate in direzioni specifiche in tutto il filato, miglioravano la capacità di traspirazione delle fibre.
Sulla base della loro modellazione, i ricercatori hanno realizzato filati di polietilene con disposizioni e dimensioni delle fibre più ottimizzate, quindi hanno utilizzato un telaio industriale per tessere il filato in tessuti.
Hanno quindi testato la capacità di traspirazione del tessuto in polietilene su cotone, nylon e poliestere immergendo le strisce dei tessuti in acqua e misurando il tempo impiegato dal liquido per assorbire o arrampicarsi su ciascuna striscia.
Hanno anche posizionato ogni tessuto su una bilancia su una singola goccia d’acqua e ne hanno misurato il peso nel tempo mentre l’acqua era penetrata attraverso il tessuto ed evaporava.
In ogni test, i tessuti in polietilene hanno assorbito e fatto evaporare l’acqua più velocemente di altri tessuti comuni.
I ricercatori hanno osservato che il polietilene ha perso parte della sua capacità di attrarre l’acqua con la bagnatura ripetuta, ma semplicemente applicando un po ‘di attrito o esponendolo alla luce ultravioletta, hanno indotto il materiale a diventare di nuovo idrofilo.
“Puoi rinfrescare il materiale strofinandolo contro se stesso, e in questo modo mantiene la sua capacità di traspirazione”, dice Boriskina. “Può pompare continuamente e passivamente via l’umidità.”
Ciclo ecologico
Il team ha anche trovato un modo per incorporare il colore nei tessuti in polietilene, che è stata una sfida, ancora una volta a causa della resistenza del materiale al legame con altre molecole, inclusi inchiostri e coloranti tradizionali.
I ricercatori hanno aggiunto particelle colorate nel polietilene in polvere prima di estrudere il materiale in forma di fibra. In questo modo, le particelle sono state incapsulate all’interno delle fibre, conferendo loro colore con successo.
“Non abbiamo bisogno di passare attraverso il tradizionale processo di tintura dei tessuti immergendoli in soluzioni di prodotti chimici aggressivi”, afferma Boriskina.
“Possiamo colorare le fibre di polietilene in modo completamente asciutto e, alla fine del loro ciclo di vita, potremmo fondere, centrifugare e recuperare le particelle per riutilizzarle”.
Il processo di colorazione a secco del team contribuisce all’impronta ecologica relativamente ridotta che il polietilene avrebbe se fosse utilizzato per produrre tessuti, affermano i ricercatori.
Il team ha calcolato questa impronta utilizzando uno strumento di valutazione del ciclo di vita comunemente utilizzato dall’industria tessile.
Tenendo conto delle proprietà fisiche del polietilene e dei processi necessari per realizzare e colorare i tessuti, i ricercatori hanno scoperto che sarebbe necessaria meno energia per produrre tessuti in polietilene, rispetto al poliestere e al cotone.
“Il polietilene ha una temperatura di fusione più bassa, quindi non è necessario riscaldarlo tanto quanto altri materiali polimerici sintetici per produrre filati, ad esempio”, spiega Boriskina.
“La sintesi del polietilene grezzo rilascia anche meno gas serra e calore di scarto rispetto alla sintesi di materiali tessili più convenzionali come il poliestere o il nylon.
Il cotone richiede anche molta terra, fertilizzanti e acqua per crescere, ed è trattato con sostanze chimiche aggressive, che hanno tutte un’enorme impronta ecologica “.
Nella sua fase di utilizzo, il tessuto in polietilene potrebbe anche avere un minore impatto ambientale, afferma, poiché richiederebbe meno energia per lavare e asciugare il materiale rispetto al cotone e ad altri tessuti.
“Non si sporca perché nulla si attacca”, dice Boriskina. “Puoi lavare il polietilene con il ciclo a freddo per 10 minuti, invece di lavare il cotone con il ciclo a caldo per un’ora.”
“Sebbene sia una scoperta sorprendente, penso che la progettazione degli esperimenti e dei dati siano abbastanza convincenti”, afferma Shirley Meng, uno scienziato dei materiali presso l’Università della California a San Diego.
“Sulla base dei dati presentati nel documento, il particolare tessuto in PE qui riportato mostra proprietà superiori a quelle del cotone.
Il punto principale è che il PE riciclato può essere utilizzato per realizzare tessuti, un prodotto con un valore significativo. Questo è il pezzo mancante del riciclaggio del PE e dell’economia circolare “.
Il team sta esplorando modi per incorporare tessuti in polietilene in abbigliamento sportivo leggero e rinfrescante passivamente, abbigliamento militare e persino tute spaziali di nuova generazione, come schermi in polietilene contro le dannose radiazioni dei raggi X dello spazio.
Boriskina e i suoi colleghi hanno pubblicato i loro risultati il 15 marzo 2021 su Nature Sustainability
The international team included researchers from MIT, Polytechnic University of Turin in Italy, U.S. Army Combat Capabilities Development Command Soldier Center, Dana Farber Cancer Institute, INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica in Italy, Defense Agency for Technology and Quality in South Korea, and Monterrey Institute of Technology and Higher Education in Mexico.
This research was supported, in part, by the U.S. Army Research Office, the
Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) Institute, MIT International Science and Technology Initiatives (MISTI), the MIT Deshpande Center, and the MIT-Tecnológico de Monterrey Nanotechnology Program.
| Tutto molto bello, ma ci poniamo qualche domanda: |
| 1) le magliette di polietilene quando le lavo producono microfibre (che poi vanno a finire in mare)? |
| 2) le stesse magliette e tutto l’abbigliamento che si potrà fare riciclando polietilene, quando non servono più sono ulteriormente riciclabili per fare magliette e abbigliamento? O li buttiamo per strada e nelle discariche? |
