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麻省理工學院工程師已經(jīng)開發(fā)出聚乙烯自冷織物。圖片來源：Svetlana Boriskina
你知道嗎，穿在身上的衣服可能是個大污染源。這讓你正像二氧化碳一樣對氣候變暖推波助瀾。
怎么辦？科學家建議把“塑料袋”穿上身。
3月16日刊登于《自然—可持續(xù)性》期刊的一項新研究顯示，在考慮未來可能成為面料的材料時，科學家忽略了一個有潛力的選擇：聚乙烯。
作為保鮮膜和購物袋使用的材料，聚乙烯無法吸水，這種防滲化性一直是其作為可穿戴紡織品的主要障礙?，F(xiàn)在，美國麻省理工學院科學家已經(jīng)突破障礙，將聚乙烯紡成纖維和紗線，并將這些紗線織成絲綢般輕薄的織物。
“2015年，我們就提出了使用聚乙烯纖維進行被動冷卻的概念。然而，聚乙烯是疏水的，以至于也不可以用傳統(tǒng)方式染色，所以我們不得不將其設計成一種新的織物材料，它不僅可以輻射熱量進行被動冷卻，還可以吸汗，并且舒適。”該論文通訊作者、麻省理工學院機械工程系的Svetlana Boriskina在接受《中國科學報》采訪時表示。
衣服上的污染
紡織行業(yè)是地球上污染最嚴重的行業(yè)之一，僅次于石油和天然氣行業(yè)，生產(chǎn)紡織品要消耗大量的水，并產(chǎn)生數(shù)百萬噸的紡織廢料，溫室氣體排放也占全球溫室氣體的5%~10%。
而且，紡織品在使用階段的維護往往比生產(chǎn)階段消耗更多的能源和水，彩色或混合紡織品還會讓垃圾分類變得復雜，而且大多數(shù)紡織品最終被扔進垃圾填埋場或被焚燒。
“目前全球每年消費的服裝超過6200萬噸，從原料到加工，這些服裝需要消耗大量資源。例如，天然纖維種植需要使用大量水和化學品、占用耕地甚至森林；纖維產(chǎn)品后期使用化學染色也會造成水浪費和水污染?！鼻迦A大學美術學院研究可持續(xù)時尚的姜珊梓說。
雖然，紡織業(yè)長期以來一直使用羊毛、棉、絲、麻等天然纖維，但在過去的一個世紀里，滌綸、腈綸和尼龍等合成材料迅速普及。然而，一種常見的塑料卻被忽視了。
這種塑料就是聚乙烯，也是世界上生產(chǎn)最廣泛的材料之一，它價格便宜、耐腐蝕、易于制造、易于回收，在壽命結束時可以轉(zhuǎn)換成燃料源。非織造聚乙烯材料已經(jīng)用于實驗室服裝和防護服裝。
但由于聚乙烯分子的主鏈是碳原子，每個碳原子上連著一個氫原子。這種簡單結構經(jīng)過多次重復，就形成了一種類似聚四氟乙烯的結構，能夠抵抗水和其他分子的黏附?！懊總€和我們交談過的人都說，聚乙烯可能會讓你保持涼爽，但它不會吸汗，因為它排斥水，因此它不能用作紡織品。”Boriskina說。
盡管如此，Boriskina和同事們還是試圖用聚乙烯制造可編織的纖維。
搓一搓 塑料能吸水
研究人員從原始粉末形式的聚乙烯開始，使用標準的紡織制造設備將聚乙烯熔化并擠壓成細纖維，類似于生產(chǎn)面條。令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)這種擠壓過程輕微地氧化了材料，使得聚乙烯變得弱親水，并能夠吸引水分子到其表面。
該團隊又將多個聚乙烯纖維聚集在一起，制成可編織的紗線。他們發(fā)現(xiàn)，在一股紗線中，纖維之間的空隙形成了類似毛細血管的通道，一旦水分子被吸引到纖維表面，它們就被動地吸收。
為了優(yōu)化這種吸水能力，研究人員模擬了纖維的性能，發(fā)現(xiàn)具有一定直徑的纖維在整個紗線中會以特定的方向排列，從而提高了纖維的吸水能力。
基于該模型，研究人員制作了具有更優(yōu)化的纖維排列和尺寸的聚乙烯紗線，然后使用工業(yè)織機將紗線織成織物。為了測試聚乙烯織物、棉、尼龍和聚酯織物的吸汗能力，他們將各類纖維條浸入水中，測量液體吸收或順著每條纖維條往上所需的時間。他們還把織物放在一個磅秤上，測量了水通過織物并蒸發(fā)后者的重量。
在測試中，聚乙烯織物比其他普通紡織品能更快地消散和蒸發(fā)水分。研究人員確實觀察到，聚乙烯在反復潤濕過程中失去了一些吸水能力，但通過簡單施加一些摩擦，或?qū)⑵浔┞对谧贤饩€下，研究人員誘導材料再次變得親水。
“你可以通過摩擦材料來‘刷新’它，這樣它就保持了吸汗能力。它可以連續(xù)、被動地吸走水分。”Boriskina說。
該團隊還發(fā)現(xiàn)了一種將顏色融入聚乙烯織物的新方法。研究人員在聚乙烯粉末中加入彩色顆粒，然后將材料擠壓成纖維。通過這種方法，粒子被包裹在纖維中，成功地賦予了它們顏色。
“我們不需要通過傳統(tǒng)的紡織品染色工藝，把衣服浸泡在刺激性化學溶液中。”Boriskina 說，“我們可以在完全干燥的情況下給聚乙烯纖維上色，在它們生命周期結束時，我們可以熔化、離心，回收顆粒再次使用。”
時尚也能可持續(xù)
Boriskina的“塑料衣服”并非其貌不揚遠離時尚，相反，它具有絲質(zhì)的光澤、柔滑及涼爽的觸感，還能通過快速吸濕和蒸發(fā)為穿者降溫。
如果聚乙烯被用于制造紡織品，該團隊使用紡織行業(yè)常用的生命周期評估工具計算了碳足跡?？紤]到聚乙烯的物理性能以及制作和上色過程，研究人員發(fā)現(xiàn)，與滌綸和棉布相比，生產(chǎn)聚乙烯紡織品需要的能源更少。
“聚乙烯的熔化溫度較低，所以你不需要像其他合成高分子材料那樣加熱制作紗線?！盉oriskina說，“與合成更傳統(tǒng)的紡織材料（如聚酯或尼龍）相比，合成聚乙烯釋放的溫室氣體和廢熱更少。”
此外，在使用階段，聚乙烯織物對環(huán)境的影響也較小，因為與棉布和其他紡織品相比，它需要更少的能源清洗和干燥。
“它不會臟，因為沒有東西黏在上面。”Boriskina說。“你可以用冷水洗滌聚乙烯10分鐘，相比之下用熱水洗滌棉則要1小時。”
研究人員希望，聚乙烯面料能夠激勵人們回收塑料袋和其他聚乙烯產(chǎn)品，從而增加材料的可持續(xù)性?！耙坏┯腥税阉芰洗舆M海里，就成了一個問題。但這些袋子很容易回收，如果你能把聚乙烯制成運動鞋或帽衫，回收這些袋子就很劃算了?！盉oriskina說。
“可持續(xù)時尚正是研究服裝行業(yè)污染的原因，尋找解決辦法?！弊鳛槟贻p人，姜珊梓認為可持續(xù)時尚未來發(fā)展趨勢是樂觀的，“雖然尚未形成清晰系統(tǒng)的規(guī)范，但目前已經(jīng)有許多平臺在普及可持續(xù)時尚的知識，甚至銷售相關產(chǎn)品，同時也推動大眾提升綠色消費意識，增強對環(huán)境保護的認知?！?/font>
現(xiàn)在，Boriskina團隊正與陶氏化學、新百倫和Braskem等公司合作，努力讓這項技術得到大規(guī)模應用。他們也在探索將聚乙烯面料融入輕質(zhì)、可被動冷卻的運動服、軍裝，甚至下一代太空服。
“我們還致力于研究纖維和織物降解，以及超細纖維/微塑料污染來源，以便使聚乙烯紡織品能抵抗微塑料脫落，為減少微塑料污染提供上游解決方案?！盉oriskina說。
作者：唐鳳
本文來自：中國科學報
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麻省理工學院工程師已經(jīng)開發(fā)出聚乙烯自冷織物。圖片來源：Svetlana Boriskina
你知道嗎，穿在身上的衣服可能是個大污染源。這讓你正像二氧化碳一樣對氣候變暖推波助瀾。
怎么辦？科學家建議把“塑料袋”穿上身。
3月16日刊登于《自然—可持續(xù)性》期刊的一項新研究顯示，在考慮未來可能成為面料的材料時，科學家忽略了一個有潛力的選擇：聚乙烯。
作為保鮮膜和購物袋使用的材料，聚乙烯無法吸水，這種防滲化性一直是其作為可穿戴紡織品的主要障礙?，F(xiàn)在，美國麻省理工學院科學家已經(jīng)突破障礙，將聚乙烯紡成纖維和紗線，并將這些紗線織成絲綢般輕薄的織物。
“2015年，我們就提出了使用聚乙烯纖維進行被動冷卻的概念。然而，聚乙烯是疏水的，以至于也不可以用傳統(tǒng)方式染色，所以我們不得不將其設計成一種新的織物材料，它不僅可以輻射熱量進行被動冷卻，還可以吸汗，并且舒適。”該論文通訊作者、麻省理工學院機械工程系的Svetlana Boriskina在接受《中國科學報》采訪時表示。
衣服上的污染
紡織行業(yè)是地球上污染最嚴重的行業(yè)之一，僅次于石油和天然氣行業(yè)，生產(chǎn)紡織品要消耗大量的水，并產(chǎn)生數(shù)百萬噸的紡織廢料，溫室氣體排放也占全球溫室氣體的5%~10%。
而且，紡織品在使用階段的維護往往比生產(chǎn)階段消耗更多的能源和水，彩色或混合紡織品還會讓垃圾分類變得復雜，而且大多數(shù)紡織品最終被扔進垃圾填埋場或被焚燒。
“目前全球每年消費的服裝超過6200萬噸，從原料到加工，這些服裝需要消耗大量資源。例如，天然纖維種植需要使用大量水和化學品、占用耕地甚至森林；纖維產(chǎn)品后期使用化學染色也會造成水浪費和水污染?！鼻迦A大學美術學院研究可持續(xù)時尚的姜珊梓說。
雖然，紡織業(yè)長期以來一直使用羊毛、棉、絲、麻等天然纖維，但在過去的一個世紀里，滌綸、腈綸和尼龍等合成材料迅速普及。然而，一種常見的塑料卻被忽視了。
這種塑料就是聚乙烯，也是世界上生產(chǎn)最廣泛的材料之一，它價格便宜、耐腐蝕、易于制造、易于回收，在壽命結束時可以轉(zhuǎn)換成燃料源。非織造聚乙烯材料已經(jīng)用于實驗室服裝和防護服裝。
但由于聚乙烯分子的主鏈是碳原子，每個碳原子上連著一個氫原子。這種簡單結構經(jīng)過多次重復，就形成了一種類似聚四氟乙烯的結構，能夠抵抗水和其他分子的黏附?！懊總€和我們交談過的人都說，聚乙烯可能會讓你保持涼爽，但它不會吸汗，因為它排斥水，因此它不能用作紡織品。”Boriskina說。
盡管如此，Boriskina和同事們還是試圖用聚乙烯制造可編織的纖維。
搓一搓 塑料能吸水
研究人員從原始粉末形式的聚乙烯開始，使用標準的紡織制造設備將聚乙烯熔化并擠壓成細纖維，類似于生產(chǎn)面條。令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)這種擠壓過程輕微地氧化了材料，使得聚乙烯變得弱親水，并能夠吸引水分子到其表面。
該團隊又將多個聚乙烯纖維聚集在一起，制成可編織的紗線。他們發(fā)現(xiàn)，在一股紗線中，纖維之間的空隙形成了類似毛細血管的通道，一旦水分子被吸引到纖維表面，它們就被動地吸收。
為了優(yōu)化這種吸水能力，研究人員模擬了纖維的性能，發(fā)現(xiàn)具有一定直徑的纖維在整個紗線中會以特定的方向排列，從而提高了纖維的吸水能力。
基于該模型，研究人員制作了具有更優(yōu)化的纖維排列和尺寸的聚乙烯紗線，然后使用工業(yè)織機將紗線織成織物。為了測試聚乙烯織物、棉、尼龍和聚酯織物的吸汗能力，他們將各類纖維條浸入水中，測量液體吸收或順著每條纖維條往上所需的時間。他們還把織物放在一個磅秤上，測量了水通過織物并蒸發(fā)后者的重量。
在測試中，聚乙烯織物比其他普通紡織品能更快地消散和蒸發(fā)水分。研究人員確實觀察到，聚乙烯在反復潤濕過程中失去了一些吸水能力，但通過簡單施加一些摩擦，或?qū)⑵浔┞对谧贤饩€下，研究人員誘導材料再次變得親水。
“你可以通過摩擦材料來‘刷新’它，這樣它就保持了吸汗能力。它可以連續(xù)、被動地吸走水分。”Boriskina說。
該團隊還發(fā)現(xiàn)了一種將顏色融入聚乙烯織物的新方法。研究人員在聚乙烯粉末中加入彩色顆粒，然后將材料擠壓成纖維。通過這種方法，粒子被包裹在纖維中，成功地賦予了它們顏色。
“我們不需要通過傳統(tǒng)的紡織品染色工藝，把衣服浸泡在刺激性化學溶液中。”Boriskina 說，“我們可以在完全干燥的情況下給聚乙烯纖維上色，在它們生命周期結束時，我們可以熔化、離心，回收顆粒再次使用。”
時尚也能可持續(xù)
Boriskina的“塑料衣服”并非其貌不揚遠離時尚，相反，它具有絲質(zhì)的光澤、柔滑及涼爽的觸感，還能通過快速吸濕和蒸發(fā)為穿者降溫。
如果聚乙烯被用于制造紡織品，該團隊使用紡織行業(yè)常用的生命周期評估工具計算了碳足跡?？紤]到聚乙烯的物理性能以及制作和上色過程，研究人員發(fā)現(xiàn)，與滌綸和棉布相比，生產(chǎn)聚乙烯紡織品需要的能源更少。
“聚乙烯的熔化溫度較低，所以你不需要像其他合成高分子材料那樣加熱制作紗線?！盉oriskina說，“與合成更傳統(tǒng)的紡織材料（如聚酯或尼龍）相比，合成聚乙烯釋放的溫室氣體和廢熱更少。”
此外，在使用階段，聚乙烯織物對環(huán)境的影響也較小，因為與棉布和其他紡織品相比，它需要更少的能源清洗和干燥。
“它不會臟，因為沒有東西黏在上面。”Boriskina說。“你可以用冷水洗滌聚乙烯10分鐘，相比之下用熱水洗滌棉則要1小時。”
研究人員希望，聚乙烯面料能夠激勵人們回收塑料袋和其他聚乙烯產(chǎn)品，從而增加材料的可持續(xù)性?！耙坏┯腥税阉芰洗舆M海里，就成了一個問題。但這些袋子很容易回收，如果你能把聚乙烯制成運動鞋或帽衫，回收這些袋子就很劃算了?！盉oriskina說。
“可持續(xù)時尚正是研究服裝行業(yè)污染的原因，尋找解決辦法?！弊鳛槟贻p人，姜珊梓認為可持續(xù)時尚未來發(fā)展趨勢是樂觀的，“雖然尚未形成清晰系統(tǒng)的規(guī)范，但目前已經(jīng)有許多平臺在普及可持續(xù)時尚的知識，甚至銷售相關產(chǎn)品，同時也推動大眾提升綠色消費意識，增強對環(huán)境保護的認知?！?/font>
現(xiàn)在，Boriskina團隊正與陶氏化學、新百倫和Braskem等公司合作，努力讓這項技術得到大規(guī)模應用。他們也在探索將聚乙烯面料融入輕質(zhì)、可被動冷卻的運動服、軍裝，甚至下一代太空服。
“我們還致力于研究纖維和織物降解，以及超細纖維/微塑料污染來源，以便使聚乙烯紡織品能抵抗微塑料脫落，為減少微塑料污染提供上游解決方案?！盉oriskina說。
作者：唐鳳
本文來自：中國科學報
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