Potremo riciclare i sacchetti di plastica per farne i tessuti del futuro?

Team internazionale guidato da Politecnico di Torino e MIT ha sviluppato tessuti auto-raffreddanti in polietilene

Analizzando i materiali che potrebbero diventare i tessuti del futuro, gli scienziati avevano finora scartato un’opzione ampiamente disponibile: il polietilene, consioderandolo un materiale utile per realizzare imballaggi di plastica e sacchetti della spesa. Eppure il polietilene è sottile e leggero e potrebbe mantenerci più al fresco della maggior parte dei tessuti perché lascia passare il caldo anziché intrappolarlo. Ma ha un grosso problema: non è in grado di allontanare e far evaporare l’umidità e quindi blocca anche acqua e sudore. Una proprietà antiwicking che è stata un importante deterrente per l’adozione del polietilene come tessuto indossabile.

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Ora, lo studio “Sustainable polyethylene fabrics with engineered moisture transport for passive cooling”, pubblicato su Nature Sustainability  da un team internazionale di ricercatori guidato da Matteo Alberghini del Politecxnico di Torino e da Svetlana Boriskina del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha dimostrato che si possono realizzare fibre e filati progettati per eliminare l’umidità. I ricercatori hanno tessuto filati in tessuti setosi e leggeri che assorbono ed evaporano l’acqua più rapidamente rispetto ai tessuti comuni come cotone, nylon e poliestere. Hanno anche calcolato l’impronta ecologica che il polietilene avrebbe se venisse prodotto e utilizzato come tessuto e dicono che contrariamente alla maggior parte delle ipotesi, «I tessuti in polietilene possono avere un minore impatto ambientale nel loro ciclo di vita rispetto ai tessuti in cotone e nylon».

Inoltre, i  ricercatori sperano che i tessuti in polietilene possano fornire un incentivo a riciclare imballaggi, sacchetti e altri prodotti in polietilene in tessuti indossabili, aumentando la sostenibilità del materiale.

La Boriskina, del Department of mechanical engineering del MIT, ricorda su MIT News che «Ogni volta che qualcuno lancia un sacchetto di plastica nell’oceano, è un problema. Ma quei sacchetti potrebbero essere facilmente riciclati, e se riusciamo a trasformare il polietilene in una scarpa da ginnastica o in una felpa col cappuccio, avrebbe senso dal punto di vista economico raccoglierle e riciclarle».

Al MIT spiegano che «Una molecola di polietilene ha una spina dorsale di atomi di carbonio, ciascuno con un atomo di idrogeno attaccato. La struttura semplice, ripetuta più volte, forma un’architettura simile al teflon che resiste all’adesione all’acqua e ad altre molecole». La Boriskina aggiunge: «Tutti quelli con cui abbiamo parlato hanno detto che il polietilene potrebbe mantenerci freschi, ma non assorbirebbe acqua e sudore perché respinge l’acqua e, per questo motivo, non funzionerebbe come tessuto».

Tuttavia, il team internazionale ha cercato ugualmente di realizzare fibre tessili dal polietilene. I ricercatori hanno iniziato con la polvere grezza di polirtilene e hanno utilizzato attrezzature di produzione tessile standard per fondere ed estrudere il polietilene in fibre sottili, simili a  spaghetti. Sorprendentemente, hanno scoperto che «Questo processo di estrusione ha leggermente ossidato il materiale, modificando l’energia superficiale della fibra in modo che il polietilene diventasse debolmente idrofilo e in grado di attrarre le molecole d’acqua sulla sua superficie». Quindi, il team ha utilizzato un secondo estrusore standard per raggruppare più fibre di polietilene insieme per creare un filato tessibile e ha scoperto che, «All’interno di un filo di filato, gli spazi tra le fibre formavano capillari attraverso i quali le molecole d’acqua potevano essere assorbite passivamente una volta attratte dalla superficie di una fibra». Per ottimizzare questa nuova capacità di traspirazione, i ricercatori hanno modellato le proprietà delle fibre e hanno scoperto un’altra cosa: «Le fibre di un certo diametro, allineate in direzioni specifiche in tutto il filato, miglioravano la capacità di traspirazione delle fibre».

Sulla base della loro modellazione, i ricercatori hanno realizzato filati di polietilene con disposizioni e dimensioni delle fibre ottimizzate, quindi hanno utilizzato un telaio industriale per tessere il filato e produrre tessuti. Poi, immergendo strisce di tessuto in acqua e misurando il tempo impiegato dal liquido per assorbire o fuoriuscire dai diversi tipi di tessuti, hanno quindi testato la capacità di traspirazione del tessuto in polietilene rispetto a cotone, nylon e poliestere.

Hanno anche posizionato ogni tessuto su una bilancia e calcolato in quanto tempo l’acqua penetrata attraverso il tessuto ed evaporava e dicono che «In ogni test, i tessuti in polietilene hanno assorbito ed evaporato l’acqua più velocemente di altri tessuti comuni». I ricercatori hanno osservato anche che «Con una con bagnatura ripetuta, il polietilene ha perso parte della sua capacità di attrarre l’acqua», ma applicando semplicemente un po’ di attrito o esponendolo alla luce ultravioletta, hanno indotto il materiale a diventare di nuovo idrofilo.

La Boriskina spiega ancora: «Puoi rinfrescare il materiale strofinandolo contro se stesso, e in questo modo mantiene la sua capacità di traspirazione. Può pompare continuamente e passivamente via l’umidità».

Nonostante la resistenza del polietilene a legarsi con altre molecole, compresi inchiostri e coloranti tradizionali, i ricercatori hanno anche trovato un modo per incorporare il colore nei tessuti in polietilene: hanno aggiunto particelle colorate nel polietilene in polvere prima di estrudere il materiale sotto forma di fibra, così, le particelle sono state incapsulate all’interno delle fibre, conferendo loro il colore desiderato e la  Boriskina  fa notare che «Non abbiamo bisogno di passare attraverso il processo tradizionale di tintura dei tessuti immergendoli in soluzioni di prodotti chimici aggressivi. Possiamo colorare le fibre di polietilene in modo completamente asciutto e, alla fine del loro ciclo di vita, potremmo fondere, centrifugare e recuperare le particelle per riutilizzarle».

Al MIT evidenziano che «Il processo di colorazione a secco del team contribuisce all’impronta ecologica relativamente ridotta che avrebbe il polietilene se venisse utilizzato per produrre tessuti». Il team ha calcolato questa impronta utilizzando uno strumento di valutazione del ciclo di vita comunemente usato dall’industria tessile e, tenendo conto delle proprietà fisiche del polietilene e dei processi necessari per realizzare e colorare i tessuti, i ricercatori hanno scoperto che «Sarebbe necessaria meno energia per produrre tessuti in polietilene, rispetto al poliestere e al cotone».

La Boriskina conferma: «Ade esempio, il polietilene ha una temperatura di fusione inferiore, quindi non è necessario riscaldarlo tanto quanto altri materiali polimerici sintetici per produrre filati. La sintesi del polietilene grezzo rilascia anche meno gas serra e calore di scarto rispetto alla sintesi di materiali tessili più convenzionali come il poliestere o il nylon. Il cotone richiede anche molta terra, fertilizzanti e acqua per crescere, ed è trattato con sostanze chimiche aggressive, che hanno tutte un’enorme impronta ecologica. Nella sua fase di utilizzo, il tessuto in polietilene potrebbe anche avere un minore impatto ambientale, poiché richiederebbe meno energia per lavare e asciugare il materiale rispetto al cotone e ad altri tessuti. Non si sporca perché non si attacca nulla. Puoi lavare il polietilene con il ciclo a freddo per 10 minuti, invece di lavare il cotone con il ciclo a caldo per un’ora».

I ricercatori del Politecnico hanno potuto lavorare direttamente all’interno del polo tecnologico di Boston grazie al progetto MITOR finanziato dalla Compagnia di San Paolo, finalizzato a promuovere collaborazioni tra le due istituzioni. Per migliorare l’aspetto di comfort del capo di abbigliamento, la ricerca si è concentrata sull’ingegnerizzazione delle proprietà di trasporto dell’acqua nel tessuto, caratterizzando l’effetto di diversi intrecci e ottimizzando la geometria delle fibre di polietilene.  Alberghini, dottorando al Dipartimento energia del Politecnico e al CleanWaterCenter, spiega a sua volta: «Agendo sul processo di fabbricazione, è possibile modificare le caratteristiche chimiche superficiali e la forma delle fibre, controllando la bagnabilità e le proprietà capillari finali del tessuto, ossia la sua capacità di assorbire e trasportare un fluido al suo interno. Le ottime prestazioni raggiunte dal nuovo tessuto studiato sono dovute alla capacità delle fibre di polietilene di trascinare l’acqua sulla loro superficie pur rimanendo impermeabili, quindi impedendo al fluido di insinuarsi all’interno delle fibre stesse – cosa che invece accade di norma con quelle naturali. Nel caso di capi d’abbigliamento, ciò consente al sudore di essere efficacemente allontanato dalla pelle ed evaporare velocemente, dando un confortevole effetto di fresco sulla pelle. Avere tempi di asciugatura rapidi è inoltre importante per garantire l’igiene del materiale: bassi tempi di permanenza dell’acqua nel tessuto prevengono l’insorgenza di colonie batteriche o muffe, allontanando così i cattivi odori. La combinazione di queste proprietà rende questa nuova tipologia di tessuti lavabili e asciugabili a bassa temperatura, evitando l’insorgenza di macchie e garantendo rapidi tempi di asciugatura. Considerando contesti in cui è richiesto un lavaggio frequente di grandi quantità di tessuti, per esempio alberghi od ospedali, ciò si può tradurre in un considerevole risparmio energetico. Infine, il polietilene vanta un semplice e assodato processo di separazione e riciclaggio industriale: ciò consente di creare nuovi capi anche da materiale riciclato, con un grande potenziale di economia circolare»

Shirley Meng, una scienziata dei materiali dell’università della California – San Diego, che non è stata coinvolta nella ricerca, ha commentato su MIT News: «Sebbene sia una scoperta sorprendente, penso che la progettazione degli esperimenti e dei dati siano abbastanza convincenti- Sulla base dei dati presentati nel documento, il particolare tessuto in PE qui riportato mostra proprietà superiori a quelle del cotone. Il punto principale è che il PE riciclato può essere utilizzato per realizzare tessuti, un prodotto con un valore significativo. Questo è il pezzo mancante del riciclaggio del PE e dell’economia circolare».

Il team che Il team internazionale che, oltre a Politecnico di Torino e MIt comprende ricercatori di INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, U.S. Army Combat Capabilities Development Command Soldier Center, Dana Farber Cancer Institute, Defense Agency for Technology and Quality  South Korea e Monterrey Institute of Technology and Higher Education  Mexico, sta cercando di capire come utilizzare i tessuti in polietilene per produrre abbigliamento sportivo leggero e passivamente rinfrescante, abbigliamento militare e persino tute spaziali di nuova generazione, come schermi in polietilene contro le dannose radiazioni dei raggi X dello spazio. Non a caso lo studio è stato in parte finanziato dall’U.S. Army Research Office, Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) Institute, MIT International Science and Technology Initiatives (MISTI), MIT Deshpande Center e MIT-Tecnológico de Monterrey Nanotechnology Program.

Al Politecnico di Torino concludono: «Una ricerca che ha gettato le basi per continuare a sviluppare la tematica: il prossimo studio, infatti, si focalizzerà sul combinare le proprietà capillari di questi innovativi tessuti con le loro proprietà ottiche. Infatti, la forma geometrica delle fibre di polietilene determina come esse interagiscano con la luce solare, ossia il loro assorbimento o riflessione. In questo modo la microstruttura del tessuto potrà contribuire passivamente al controllo della temperatura del corpo, riscaldando o raffrescando il suo utilizzatore a seconda dei casi. Siccome le proprietà capillari e quelle ottiche sono determinate dalla forma delle fibre e dalla tessitura, si sta investigando l’effetto combinato di questi due fenomeni, con possibili applicazioni non solo in campo tessile ma anche industriale (es. dissalazione, scambiatori di calore, conversione di energie rinnovabili, filtraggio)».

Fonte: www.greenreport.it

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