När man överväger material som kan bli framtidens tyger, forskare har i stort sett avfärdat ett allmänt tillgängligt alternativ:polyeten.

Sakerna med plastfolie och matkassar, polyeten är tunn och lätt, och kan hålla dig svalare än de flesta textilier eftersom den släpper igenom värme istället för att fånga in den. Men polyeten skulle också låsa in vatten och svett, eftersom det inte kan dra bort och avdunsta fukt. Denna antiwicking-egenskap har varit ett stort avskräckande mot polyetens adoption som en bärbar textil.

Nu, MIT -ingenjörer har spunnit polyeten till fibrer och garn som är avsedda att transportera bort fukt. De vävde garnerna till silkeslen, lätta tyger som absorberar och förångar vatten snabbare än vanliga textilier som bomull, nylon, och polyester.

De har också räknat ut vilket ekologiskt fotavtryck som polyeten skulle ha om det tillverkades och användes som textil. Tvärtemot de flesta antaganden, de uppskattar att polyetentyger kan ha en mindre miljöpåverkan under sin livscykel än bomulls- och nylontextilier.

Forskarna hoppas att tyger gjorda av polyeten kan ge ett incitament att återvinna plastpåsar och andra polyetenprodukter till bärbara textilier, bidrar till materialets hållbarhet.

"När någon kastar en plastpåse i havet, det är ett problem. Men de påsarna skulle lätt kunna återvinnas, och om du kan göra polyeten till en sneaker eller en hoodie, det skulle vara ekonomiskt vettigt att plocka upp dessa påsar och återvinna dem, " säger Svetlana Boriskina, en forskare vid MIT:s avdelning för maskinteknik.

Boriskina och hennes kollegor har publicerat sina resultat idag Naturens hållbarhet.

Vattenveke

En molekyl av polyeten har en ryggrad av kolatomer, var och en med en väteatom ansluten. Den enkla strukturen, upprepas många gånger, bildar en teflonliknande arkitektur som motstår att fastna på vatten och andra molekyler.

"Alla vi pratade med sa att polyeten kan hålla dig sval, men det skulle inte absorbera vatten och svettas eftersom det avvisar vatten, och på grund av det här, det skulle inte fungera som en textil, Säger Boriskina.

Ändå, hon och hennes kollegor försökte göra vävbara fibrer av polyeten. De började med polyeten i sin råpulverform och använde standardtextiltillverkningsutrustning för att smälta och extrudera polyeten till tunna fibrer, liknar att vända ut spaghettisträngar. Förvånande, de fann att denna extruderingsprocess oxiderade materialet något, ändra fiberns ytenergi så att polyeten blev svagt hydrofilt, och kan attrahera vattenmolekyler till sin yta.

Teamet använde en andra standardextruder för att bunta ihop flera polyetenfibrer för att göra ett vävbart garn. De fann att, i en tråd av garn, mellanrummen mellan fibrer bildade kapillärer genom vilka vattenmolekyler kunde passivt absorberas när de en gång lockades till en fiberyta.

För att optimera denna nya uppsugningsförmåga, forskarna modellerade egenskaperna hos fibrerna och fann att fibrer med en viss diameter, inriktad i specifika riktningar genom garnet, förbättrade fibrernas uppsugningsförmåga.

Baserat på deras modellering, forskarna gjorde polyetengarn med mer optimerade fiberarrangemang och dimensioner, använde sedan en industriell vävstol för att väva garnet till tyger. De testade sedan uppsugningsförmågan hos polyetentyg över bomull, nylon, och polyester genom att doppa remsor av tygerna i vatten och mäta den tid det tog för vätskan att suga upp, eller klättra upp för varje remsa. De placerade också varje tyg på en våg över en enda vattendroppe och mätte dess vikt över tiden när vattnet slocknade genom tyget och avdunstade.

I varje test, polyetentyger transporterade bort och förångade vattnet snabbare än andra vanliga textilier. Forskarna observerade att polyeten förlorade en del av sin vattenattraherande förmåga med upprepad vätning, men genom att helt enkelt applicera lite friktion, eller utsätta den för ultraviolett ljus, de fick materialet att bli hydrofilt igen.

"Du kan fräscha upp materialet genom att gnugga det mot sig självt, och på så sätt bibehåller den sin uppsugningsförmåga, "Boriskina säger." Det kan kontinuerligt och passivt pumpa bort fukt. "

Ekocykel

Teamet hittade också ett sätt att införliva färg i polyetentygerna, vilket har varit en utmaning, igen på grund av materialets motståndskraft mot bindning med andra molekyler, inklusive traditionella bläck och färgämnen. Forskarna lade till färgade partiklar i den pulveriserade polyetenen innan de extruderade materialet till fiberform. På det här sättet, partiklar var inkapslade i fibrerna, framgångsrikt ge dem färg.

"Vi behöver inte gå igenom den traditionella processen att färga textilier genom att doppa dem i lösningar av starka kemikalier, "Boriskina säger." Vi kan färga polyetenfibrer på ett helt torrt sätt, och i slutet av deras livscykel, vi kunde smälta ner, centrifug, och återvinna partiklarna för att använda igen."

Lagets torrfärgningsprocess bidrar till det relativt små ekologiska fotavtryck som polyeten skulle ha om det användes för att göra textilier, säger forskarna. Teamet beräknade detta fotavtryck med hjälp av ett livscykelanalysverktyg som vanligtvis används av textilindustrin. Med hänsyn till polyetenens fysikaliska egenskaper och de processer som krävs för att tillverka och färga tygerna, forskarna fann att det skulle kräva mindre energi för att producera polyetentextilier, jämfört med polyester och bomull.

"Polyeten har en lägre smälttemperatur så du behöver inte värma upp det lika mycket som andra syntetiska polymermaterial för att göra garn, till exempel, " Boriskina förklarar. "Syntes av rå polyeten frigör också mindre växthusgaser och spillvärme än syntes av mer konventionella textilmaterial som polyester eller nylon. Bomull tar också mycket land, gödselmedel, och vatten att växa, och behandlas med hårda kemikalier, som alla kommer med ett enormt ekologiskt fotavtryck."

I sin användningsfas, polyetentyg kan också ha en mindre miljöpåverkan, hon säger, eftersom det skulle kräva mindre energi att tvätta och torka materialet jämfört med bomull och andra textilier.

"Den blir inte smutsig eftersom ingenting fastnar på den, Boriskina säger. "Du kan tvätta polyeten på den kalla cykeln i 10 minuter, kontra att tvätta bomull på den varma cykeln i en timme."

Teamet undersöker sätt att införliva polyetentyger i lätta, passivt kylande idrottskläder, militärdräkt, och även nästa generations rymddräkter, som polyeten skyddar mot rymdens skadliga röntgenstrålning.