ビニール袋をリサイクルして持続可能な生地を作る

ポリエチレンは世界で最も一般的なプラスチックの 1 つですが、水を吸収したり持ち去ったりすることができないため、衣類にはほとんど使用されていません。 （ビニール袋をかぶっていることを想像してみてください。すぐに非常に不快に感じるでしょう。）しかし現在、米国の研究者は、綿、ナイロン、ポリエステルよりも「通気性」が良いだけでなく、耐久性も備えたポリエチレンから紡績された新しい素材を開発しました。製造、染色、洗浄、使用が容易なため、環境負荷が小さくなります。

繊維産業は毎年約 6,200 万トンの生地を生産しています。 その過程で大量の水を消費し、数百万トンの廃棄物が発生し、世界の温室効果ガス排出量の 5 ～ 10% を占め、世界で最も汚染の多い産業の 1 つとなっています。 繊維使用サイクルの後期段階も、業界の環境への影響に寄与します。 ウール、コットン、シルク、リネンなどの天然繊維から作られた織物はリサイクルするのに多量のエネルギーと水を必要としますが、着色された織物や複合材料で作られた織物はリサイクルがまったく困難です。

マサチューセッツ工科大学（MIT）のスベトラーナ・ボリスキーナ率いる研究者らは、代替案の作成に着手した。 彼らはまず、粉末状の低密度ポリエチレンを溶融し、それを直径約 18.5 μm (走査型電子顕微鏡およびマイクロコンピュータ断層撮影画像技術を使用して測定) の細い繊維に押し出しました。 このプロセスにより、材料の表面がわずかに酸化され、別の化学処理を必要とせずに親水性になります、つまり水分子を引き寄せます。

次に、研究者らは繊維を 2 番目の押出機に通し、200 本以上の PE 繊維の束から作られた糸を作成しました。 束ねるプロセスにより、糸の個々の繊維の間に空間が残り、水分子が通過できる毛細管が形成され、この糸で織られた布片が液体に浸したときに湿気を逃がすことができます。 研究者らが液体がテストストリップを上に移動するのにかかる時間を測定したところ、新しいPE素材は同じサイズの綿、ナイロン、ポリエステルのサンプルよりも速いことがわかりました。

吸湿プロセスをより深く理解し、より高性能な PE ベースの生地を設計するために、チームは PE 糸の内部構造を、周期構造にしっかりと詰め込まれた円形断面を持つ同一の平行繊維の無限の集合体としてモデル化しました。 糸の繊維は六角形または正方格子状に配置されており、糸に沿った方向にウィッキングプロセスが発生します。 このモデルは、71.3°の角度で水と接触した繊維の場合、両方の格子形状における最適な繊維半径と多孔率は 15 ～ 20 μm および 45% になると予測しました。

新しい材料の有望な水分輸送特性に加えて、研究者らは、溶融前にPE粉末に色粒子（従来の染料または非従来型の無機ナノ粒子着色剤のいずれか）を組み込むことにより、「完全に乾燥した方法」で染色できることに注目しています。押し出しステージ。 このようなプロセスでは、最初から染料粒子が繊維内にカプセル化されるため、強力な化学物質の溶液に生地を浸す必要がある従来の染色方法が不要になります。 生地の寿命が終わったら、素材を溶かして遠心分離することで、染料粒子を回収して再利用することもできます。

MIT チームのメンバーは、このドライカラープロセスにより、PE 生地が従来の繊維よりも環境に優しいものになると述べています。 彼らは、PE は他の合成ポリマー材料よりも融点が低いため、より低い温度で糸を紡ぐことができると付け加えています。 また、原料から PE を合成すると、ポリエステルの生産や綿花の栽培に比べて、温室効果ガスや廃熱の排出量が少なくなります。 特に後者は、多くの土地、肥料、水を必要とします。

繊維が赤外線を遮断して涼しさを保ちます

PE ファブリックは他の繊維よりも洗濯と乾燥が簡単であるため、使用中の環境への影響も低い可能性があります。 「何もくっつかないので汚れません」とボリスキナさんは言う。 「ポリエチレンは冷水サイクルで 10 分間洗濯できますが、綿は熱サイクルで 1 時間洗濯できます。」 さらに、それ自体をこすったり、紫外線にさらしたりすることで「リフレッシュ」することもできます。このプロセスは、親水性を維持するのにも役立ちます。

研究者らは現在、軽量で受動的に冷却するスポーツウェアや軍服にPE生地を組み込む方法を模索していると述べた。 PEは有害な放射線を遮蔽するため、宇宙服も可能性があると彼らは付け加えた。

PE ファブリックについては、Nature Sustainability で説明されています。