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麻省理工學(xué)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(gè)大污染源。這讓你正像二氧化碳一樣對(duì)氣候變暖推波助瀾。
怎么辦？科學(xué)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(xiàng)新研究顯示，在考慮未來可能成為面料的材料時(shí)，科學(xué)家忽略了一個(gè)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(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)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(jìn)行被動(dòng)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(shè)計(jì)成一種新的織物材料，它不僅可以輻射熱量進(jìn)行被動(dòng)冷卻，還可以吸汗，并且舒適。”該論文通訊作者、麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系的Svetlana Boriskina在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。
衣服上的污染
紡織行業(yè)是地球上污染最嚴(yán)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(hù)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(huì)讓垃圾分類變得復(fù)雜，而且大多數(shù)紡織品最終被扔進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)或被焚燒。
“目前全球每年消費(fèi)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(xué)品、占用耕地甚至森林；纖維產(chǎn)品后期使用化學(xué)染色也會(huì)造成水浪費(fèi)和水污染?！鼻迦A大學(xué)美術(shù)學(xué)院研究可持續(xù)時(shí)尚的姜珊梓說。
雖然，紡織業(yè)長(zhǎng)期以來一直使用羊毛、棉、絲、麻等天然纖維，但在過去的一個(gè)世紀(jì)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(jià)格便宜、耐腐蝕、易于制造、易于回收，在壽命結(jié)束時(shí)可以轉(zhuǎn)換成燃料源。非織造聚乙烯材料已經(jīng)用于實(shí)驗(yàn)室服裝和防護(hù)服裝。
但由于聚乙烯分子的主鏈?zhǔn)翘荚?，每個(gè)碳原子上連著一個(gè)氫原子。這種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)經(jīng)過多次重復(fù)，就形成了一種類似聚四氟乙烯的結(jié)構(gòu)，能夠抵抗水和其他分子的黏附?！懊總€(gè)和我們交談過的人都說，聚乙烯可能會(huì)讓你保持涼爽，但它不會(huì)吸汗，因?yàn)樗懦馑?，因此它不能用作紡織品?！盉oriskina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(biāo)準(zhǔn)的紡織制造設(shè)備將聚乙烯熔化并擠壓成細(xì)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(tuán)隊(duì)又將多個(gè)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(xì)血管的通道，一旦水分子被吸引到纖維表面，它們就被動(dòng)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(gè)紗線中會(huì)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(jī)將紗線織成織物。為了測(cè)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(cè)量液體吸收或順著每條纖維條往上所需的時(shí)間。他們還把織物放在一個(gè)磅秤上，測(cè)量了水通過織物并蒸發(fā)后者的重量。
在測(cè)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(shí)觀察到，聚乙烯在反復(fù)潤(rùn)濕過程中失去了一些吸水能力，但通過簡(jiǎn)單施加一些摩擦，或?qū)⑵浔┞对谧贤饩€下，研究人員誘導(dǎo)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(dòng)地吸走水分。”Boriskina說。
該團(tuán)隊(duì)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(xué)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(jié)束時(shí)，我們可以熔化、離心，回收顆粒再次使用?！?/font>
時(shí)尚也能可持續(xù)
Boriskina的“塑料衣服”并非其貌不揚(yáng)遠(yuǎn)離時(shí)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(tuán)隊(duì)使用紡織行業(yè)常用的生命周期評(píng)估工具計(jì)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?！?/font>
此外，在使用階段，聚乙烯織物對(duì)環(huán)境的影響也較小，因?yàn)榕c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(huì)臟，因?yàn)闆]有東西黏在上面?！盉oriskina說?！澳憧梢杂美渌礈炀垡蚁?0分鐘，相比之下用熱水洗滌棉則要1小時(shí)?！?/font>
研究人員希望，聚乙烯面料能夠激勵(lì)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。“一旦有人把塑料袋扔進(jìn)海里，就成了一個(gè)問題。但這些袋子很容易回收，如果你能把聚乙烯制成運(yùn)動(dòng)鞋或帽衫，回收這些袋子就很劃算了。”Boriskina說。
“可持續(xù)時(shí)尚正是研究服裝行業(yè)污染的原因，尋找解決辦法。”作為年輕人，姜珊梓認(rèn)為可持續(xù)時(shí)尚未來發(fā)展趨勢(shì)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(tái)在普及可持續(xù)時(shí)尚的知識(shí)，甚至銷售相關(guān)產(chǎn)品，同時(shí)也推動(dòng)大眾提升綠色消費(fèi)意識(shí)，增強(qiáng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)知?！?/font>
現(xiàn)在，Boriskina團(tuán)隊(duì)正與陶氏化學(xué)、新百倫和Braskem等公司合作，努力讓這項(xiàng)技術(shù)得到大規(guī)模應(yīng)用。他們也在探索將聚乙烯面料融入輕質(zhì)、可被動(dòng)冷卻的運(yùn)動(dòng)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(xì)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(guó)科學(xué)報(bào)
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麻省理工學(xué)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(gè)大污染源。這讓你正像二氧化碳一樣對(duì)氣候變暖推波助瀾。
怎么辦？科學(xué)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(xiàng)新研究顯示，在考慮未來可能成為面料的材料時(shí)，科學(xué)家忽略了一個(gè)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(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)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(jìn)行被動(dòng)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(shè)計(jì)成一種新的織物材料，它不僅可以輻射熱量進(jìn)行被動(dòng)冷卻，還可以吸汗，并且舒適。”該論文通訊作者、麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系的Svetlana Boriskina在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。
衣服上的污染
紡織行業(yè)是地球上污染最嚴(yán)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(hù)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(huì)讓垃圾分類變得復(fù)雜，而且大多數(shù)紡織品最終被扔進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)或被焚燒。
“目前全球每年消費(fèi)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(xué)品、占用耕地甚至森林；纖維產(chǎn)品后期使用化學(xué)染色也會(huì)造成水浪費(fèi)和水污染?！鼻迦A大學(xué)美術(shù)學(xué)院研究可持續(xù)時(shí)尚的姜珊梓說。
雖然，紡織業(yè)長(zhǎng)期以來一直使用羊毛、棉、絲、麻等天然纖維，但在過去的一個(gè)世紀(jì)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(jià)格便宜、耐腐蝕、易于制造、易于回收，在壽命結(jié)束時(shí)可以轉(zhuǎn)換成燃料源。非織造聚乙烯材料已經(jīng)用于實(shí)驗(yàn)室服裝和防護(hù)服裝。
但由于聚乙烯分子的主鏈?zhǔn)翘荚?，每個(gè)碳原子上連著一個(gè)氫原子。這種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)經(jīng)過多次重復(fù)，就形成了一種類似聚四氟乙烯的結(jié)構(gòu)，能夠抵抗水和其他分子的黏附?！懊總€(gè)和我們交談過的人都說，聚乙烯可能會(huì)讓你保持涼爽，但它不會(huì)吸汗，因?yàn)樗懦馑?，因此它不能用作紡織品?！盉oriskina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(biāo)準(zhǔn)的紡織制造設(shè)備將聚乙烯熔化并擠壓成細(xì)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(tuán)隊(duì)又將多個(gè)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(xì)血管的通道，一旦水分子被吸引到纖維表面，它們就被動(dòng)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(gè)紗線中會(huì)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(jī)將紗線織成織物。為了測(cè)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(cè)量液體吸收或順著每條纖維條往上所需的時(shí)間。他們還把織物放在一個(gè)磅秤上，測(cè)量了水通過織物并蒸發(fā)后者的重量。
在測(cè)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(shí)觀察到，聚乙烯在反復(fù)潤(rùn)濕過程中失去了一些吸水能力，但通過簡(jiǎn)單施加一些摩擦，或?qū)⑵浔┞对谧贤饩€下，研究人員誘導(dǎo)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(dòng)地吸走水分。”Boriskina說。
該團(tuán)隊(duì)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(xué)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(jié)束時(shí)，我們可以熔化、離心，回收顆粒再次使用?！?/font>
時(shí)尚也能可持續(xù)
Boriskina的“塑料衣服”并非其貌不揚(yáng)遠(yuǎn)離時(shí)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(tuán)隊(duì)使用紡織行業(yè)常用的生命周期評(píng)估工具計(jì)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?！?/font>
此外，在使用階段，聚乙烯織物對(duì)環(huán)境的影響也較小，因?yàn)榕c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(huì)臟，因?yàn)闆]有東西黏在上面?！盉oriskina說?！澳憧梢杂美渌礈炀垡蚁?0分鐘，相比之下用熱水洗滌棉則要1小時(shí)?！?/font>
研究人員希望，聚乙烯面料能夠激勵(lì)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。“一旦有人把塑料袋扔進(jìn)海里，就成了一個(gè)問題。但這些袋子很容易回收，如果你能把聚乙烯制成運(yùn)動(dòng)鞋或帽衫，回收這些袋子就很劃算了。”Boriskina說。
“可持續(xù)時(shí)尚正是研究服裝行業(yè)污染的原因，尋找解決辦法。”作為年輕人，姜珊梓認(rèn)為可持續(xù)時(shí)尚未來發(fā)展趨勢(shì)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(tái)在普及可持續(xù)時(shí)尚的知識(shí)，甚至銷售相關(guān)產(chǎn)品，同時(shí)也推動(dòng)大眾提升綠色消費(fèi)意識(shí)，增強(qiáng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)知?！?/font>
現(xiàn)在，Boriskina團(tuán)隊(duì)正與陶氏化學(xué)、新百倫和Braskem等公司合作，努力讓這項(xiàng)技術(shù)得到大規(guī)模應(yīng)用。他們也在探索將聚乙烯面料融入輕質(zhì)、可被動(dòng)冷卻的運(yùn)動(dòng)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(xì)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
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