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麻省理工学院的工程师们已经开发了通常用于塑料袋的聚乙烯自冷却织物。他们估计，这种新面料可能比棉花和其他普通纺织品更具可持续性。
工程师已经用聚乙烯（一种通常用于塑料袋的材料）开发了自冷却织物。
在考虑可能成为未来面料的材料时，科学家们在很大程度上放弃了一种广泛使用的选择：聚乙烯。
聚乙烯是保鲜膜和食品袋的材料，它既轻又薄，可以使您比大多数纺织品更凉爽，因为它可以让热量通过而不是将热量滞留在其中。但是聚乙烯也可以锁住水和汗液，因为它无法吸走并蒸发水分。这种抗芯吸特性对聚乙烯被用作可穿戴纺织品起了主要的威慑作用。
现在，麻省理工学院的工程师已经将聚乙烯纺成纤维和纱线，以吸干水分。他们将纱线编织成丝质轻巧的织物，比棉花，尼龙和聚酯等普通纺织品吸收和蒸发水分的速度更快。
他们还计算了聚乙烯的生产和用作纺织品所具有的生态足迹。与大多数假设相反，他们估计聚乙烯纤维在生命周期中对环境的影响可能比棉和尼龙纤维要小。
研究人员希望，由聚乙烯制成的织物能够激励人们将塑料袋和其他聚乙烯产品回收利用成可穿戴的纺织品，从而增加材料的可持续性。
“一旦有人将塑料袋扔进大海，那就是个问题。但是这些袋很容易回收，如果您可以将聚乙烯制成运动鞋或连帽衫，则将这些袋装起来并进行回收在经济上是有道理的。”麻省理工学院机械工程系的研究科学家Svetlana Boriskina说。
Boriskina和她的同事们于2021年3月15日在《自然可持续性》上发表了他们的发现。
水灯芯
聚乙烯分子具有一个碳原子主链，每个碳原子连接一个氢原子。这种简单的结构经过多次重复，形成了一种类似于聚四氟乙烯的结构，可以抵抗水和其他分子的粘附。
“我们与每个人交谈的人都说聚乙烯可能会让您保持凉爽，但它不会吸收水分和汗水，因为它会排斥水分，因此，它不能用作纺织品，” Boriskina说。
然而，她和她的同事们试图用聚乙烯制造可编织纤维。他们从原始粉末状的聚乙烯开始，并使用标准的纺织品制造设备将聚乙烯熔化并挤压成细纤维，类似于将意大利面条切成细条。令人惊讶的是，他们发现这种挤压过程会轻微氧化材料，改变纤维的表面能，从而使聚乙烯变得较弱的亲水性，并能够将水分子吸引到其表面。
该团队使用第二台标准挤出机将多条聚乙烯纤维捆束在一起，制成了可编织的纱线。他们发现，在一束纱线中，纤维之间的空间形成了毛细管，一旦被吸收到纤维表面，水分子就可以被被动吸收。
为了优化这种新的芯吸能力，研究人员对纤维的性能进行了建模，发现在整个纱线中沿特定方向排列的一定直径的纤维可以提高纤维的芯吸能力。
基于他们的模型，研究人员制造出了具有更优化纤维排列和尺寸的聚乙烯纱线，然后使用工业织机将纱线织入织物中。然后，他们通过将织物条浸入水中并测量液体芯吸或爬升每个条带所花费的时间，来测试聚乙烯织物在棉，尼龙和聚酯上的芯吸能力。他们还将每块织物按比例放置在单个水滴上，并在水通过毛细作用穿过织物并蒸发后随时间测量其重量。
在每项测试中，聚乙烯织物都比其他普通织物更快地吸干并蒸发了水。研究人员确实观察到，聚乙烯由于反复润湿而失去了部分吸水能力，但通过简单地施加一些摩擦或使其暴露在紫外线下，他们又使该材料再次变得亲水。
“您可以通过摩擦材料来刷新材料，从而保持其芯吸能力，” Boriskina说。“它可以连续和被动地抽走水分。”
生态循环
研究小组还发现了一种将颜色掺入聚乙烯织物中的方法，这仍然是一个挑战，这又是由于该材料具有抵抗与其他分子（包括传统油墨和染料）结合的能力。研究人员将彩色颗粒添加到粉末状聚乙烯中，然后将其挤出成纤维形式。这样，颗粒被包裹在纤维内，成功地赋予它们颜色。
Boriskina说：“我们不需要通过将纺织品浸入苛刻的化学溶液中来进行染色的传统方法，”“我们可以以完全干燥的方式对聚乙烯纤维进行着色，并且在其生命周期结束时，我们可以融化，离心并回收颗粒以再次使用。”
研究人员说，该团队的干色工艺有助于将聚乙烯用于制造纺织品，从而具有相对较小的生态足迹。该团队通过使用纺织行业常用的生命周期评估工具来计算此足迹。研究人员考虑到聚乙烯的物理特性以及织物的制造和着色工艺，与聚酯和棉相比，生产聚乙烯纺织品所需的能源更少。
Boriskina解释说：“例如，聚乙烯的熔融温度较低，因此您不必像其他合成聚合物材料一样将其加热到很高的温度。”与合成常规聚酯或尼龙等传统纺织材料相比，合成聚乙烯原料释放的温室气体和废热更少。棉花还需要大量土地，肥料和水才能生长，并且需要经过苛刻的化学品处理，而这些化学品都具有巨大的生态足迹。
她说，在使用阶段，聚乙烯织物对环境的影响也较小，因为与棉和其他纺织品相比，聚乙烯织物的洗涤和干燥所需的能源更少。
“它不会变脏，因为没有东西粘在上面，” Boriskina说。“您可以在冷循环中洗涤聚乙烯10分钟，而在热循环中洗涤棉花一个小时。”
“尽管得出了令人惊讶的发现，但我认为实验设计和数据令人信服”，加州大学圣地亚哥分校的材料科学家谢丽·孟（Shirley Meng）说，他没有参与这项研究。“根据本文提供的数据，此处报道的特殊PE织物比棉具有更好的性能。要点是，再生PE可以用于制造具有重要价值的纺织品。这是PE回收和循环经济所缺少的部分。”
该团队正在探索将聚乙烯织物掺入轻质，被动冷却的运动服装，军装甚至下一代宇航服中的方法，因为聚乙烯可以屏蔽有害的X射线对太空的辐射。
参考：Matteo Alberghini，Seongdon Hong，L。Marcelo Lozano，Volodymyr Korolovych，Yi Huang，Francesco Signorato，S。Hadi Zandavi，Corey Fucetola，Ihsan Uluturk，Michael Y. Tolstorukov，Gang的“可持续聚乙烯纤维，采用经过工程设计的水分传输技术进行被动冷却” Chen，Pietro Asinari，Richard M.Osgood III，Matteo Fasano和Svetlana V.Boriskina，2021年3月15日，自然可持续发展。
10.1038 / s41893-021-00688-5
国际团队的成员包括麻省理工学院，意大利都灵理工大学，美国陆军作战能力发展司令部士兵中心，达纳·法伯癌症研究所，意大利INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica，韩国技术与质量防卫局以及蒙特雷的研究人员。墨西哥技术与高等教育学院。
这项研究得到了美国陆军研究办公室的部分支持，
美国高级功能织物（AFFOA）研究所，麻省理工学院国际科学与技术计划（MISTI），麻省理工学院Deshpande中心和麻省理工学院-蒙特雷理工学院的蒙特雷纳米技术计划。
