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Al examinar los materiales que podrían convertirse en las telas del futuro, los científicos han descartado en gran medida una opción ampliamente disponible: el polietileno.
Material de envoltorios de plástico y bolsas de supermercado, el polietileno es delgado y liviano y podría mantenerte más fresco que la mayoría de los textiles porque deja pasar el calor en lugar de atraparlo. Pero el polietileno también atraparía el agua y el sudor, ya que no puede escapar y evapora la humedad. Esta propiedad antiarrugas ha sido un gran obstáculo para la adopción del polietileno como tejido que se puede llevar puesto.
Ahora, los ingenieros del MIT han hilado polietileno en fibras e hilos diseñados para eliminar la humedad. Tejieron los hilos en telas sedosas y livianas que absorben y evaporan el agua más rápido que los textiles comunes como el algodón, el nailon y el poliéster.
También calcularon la huella ecológica que tendría el polietileno si se hubiera producido y utilizado como textil. Contrariamente a la mayoría de las suposiciones, creen que las telas de polietileno pueden tener un impacto ambiental menor durante su ciclo de vida que las telas de algodón y nailon.
Los investigadores esperan que las telas de polietileno puedan proporcionar un incentivo para reciclar bolsas de plástico y otros productos de polietileno en textiles portátiles, contribuyendo así a la durabilidad del material.
'Una vez que alguien arroja una bolsa de plástico al océano, eso es un problema. Pero esas bolsas podrían reciclarse fácilmente, y si puede convertir el polietileno en zapatillas o una sudadera con capucha, tendría sentido económico recolectar esas bolsas y reciclarlas ”, dice Svetlana Boriskina, investigadora del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
Boriskina y sus colegas publicaron hoy sus resultados en Sostenibilidad de la naturaleza.
Mecha de agua
Una molécula de polietileno tiene una columna vertebral de átomos de carbono, cada uno con un átomo de hidrógeno unido. La estructura simple, repetida varias veces, forma una arquitectura similar al teflón que resiste la adhesión al agua y otras moléculas.
“Todas las personas con las que hablamos dijeron que el polietileno puede mantenerte fresco, pero no absorbe el agua ni el sudor porque rechaza la humedad, el agua y, por eso, no funcionaría como textil”, dice Boriskina.
No obstante, ella y sus colegas intentaron fabricar fibras portátiles de polietileno. Comenzaron con el polietileno como polvo crudo y utilizaron equipos de fabricación textil estándar para fundir y extruir el polietileno en fibras delgadas, como para producir hebras de espagueti. Sorprendentemente, encontraron que este proceso de extrusión oxida ligeramente el material, alterando la energía superficial de la fibra de modo que el polietileno se vuelve débilmente hidrófilo y capaz de atraer las moléculas de la fibra.39; agua en su superficie.
El equipo usó una segunda extrusora estándar para unir múltiples fibras de polietileno para hacer un hilo que se puede usar. Descubrieron que, en una hebra de hilo, los espacios entre las fibras formaban capilares a través de los cuales las moléculas de agua podían absorberse pasivamente cuando eran atraídas por la superficie de una fibra.
Para optimizar esta nueva capacidad de mecha, los investigadores modelaron las propiedades de las fibras y encontraron que las fibras de cierto diámetro, alineadas en direcciones específicas a lo largo del hilo, mejoraron la capacidad de mecha de las fibras.
Basándose en su modelado, los investigadores hicieron hilo de polietileno con diseños y dimensiones de fibra más optimizados, y luego utilizaron un telar industrial para tejer el hilo en telas. Luego probaron la capacidad de absorción de la tela de polietileno sobre algodón, nailon y poliéster sumergiendo tiras de tela en agua y midiendo el tiempo que tarda el líquido en absorber o trepar por cada tira. También colocaron cada tela en una balanza sobre una sola gota de agua y midieron su peso a lo largo del tiempo a medida que el agua se drenaba a través de la tela y se evaporaba.
En cada prueba, las telas de polietileno se evaporaron y el agua se evaporó más rápido que otros textiles comunes. Los investigadores observaron que el polietileno perdió parte de su capacidad para atraer agua con la humectación repetida, pero simplemente aplicando un poco de fricción o exponiéndolo a la luz ultravioleta, indujeron al material a volverse hidrófilo nuevamente.
“Puede refrescar el material frotándolo contra sí mismo, y de esa manera mantiene su capacidad de absorción”, dice Boriskina. "Puede absorber la humedad de forma continua y pasiva".
Ciclo ecológico
El equipo también encontró una manera de incorporar color en las telas de polietileno, lo cual fue un desafío, nuevamente debido a la resistencia del material a unirse con otras moléculas, incluidas las tintas y tintes tradicionales. Los investigadores agregaron partículas de colores al polietileno en polvo antes de extruir el material como una fibra. De esta manera, las partículas se encapsularon en las fibras, impartiéndoles color con éxito.
"No necesitamos pasar por el proceso tradicional de teñir textiles sumergiéndolos en soluciones químicas agresivas", explica Boriskina. "Podemos colorear las fibras de polietileno de forma completamente seca, y al final de su ciclo de vida, podríamos fundir, centrifugar y recuperar las partículas para su reutilización".
El proceso de teñido en seco del equipo contribuye a la huella ecológica relativamente pequeña que tendría el polietileno si se usara para fabricar textiles, dicen los investigadores. El equipo calculó esta huella utilizando una herramienta de análisis del ciclo de vida comúnmente utilizada por la industria textil. Dadas las propiedades físicas del polietileno y los procesos requeridos para fabricar y colorear las telas, los investigadores encontraron que se necesitaría menos energía para producir textiles de polietileno que el poliéster y el algodón.
“El polietileno tiene un punto de fusión más bajo, por lo que no es necesario calentarlo tanto como otros materiales poliméricos sintéticos para hacer hilo, por ejemplo”, explica Boriskina. “La síntesis de polietileno en bruto también libera menos gases de efecto invernadero y calor residual que la síntesis de materiales textiles más convencionales como el poliéster o el nailon. El algodón también requiere mucha tierra, fertilizantes y agua para crecer, y se trata con productos químicos agresivos, todos los cuales tienen enormes huellas ecológicas. "
En su fase de uso, la tela de polietileno también podría tener un menor impacto ambiental, dice, ya que se necesitaría menos energía para lavar y secar el material en comparación con el algodón y secar otros textiles.
“No se ensucia porque nada se le pega”, dice Boriskina. "Puede lavar polietileno en el ciclo frío durante 10 minutos, en lugar de lavar algodón en el ciclo caliente durante una hora".
"Si bien este es un hallazgo sorprendente, creo que el diseño de los experimentos y los datos son bastante convincentes", dice Shirley Meng, científica de materiales de la Universidad de California en San Diego, que no participó en la investigación. “Según los datos presentados en el artículo, la tela de PE particular que se informa aquí exhibe propiedades superiores en comparación con el algodón. El punto principal es que el PE reciclado se puede utilizar para fabricar textiles, un producto de alto valor. Esta es la pieza que falta en el reciclaje de PE y la economía circular. "
El equipo está explorando formas de incorporar telas de polietileno en ropa deportiva liviana con refrigeración pasiva, ropa militar e incluso trajes espaciales de próxima generación, como protectores de polietileno contra los rayos X, dañinos desde el espacio.
El equipo internacional incluyó a investigadores del MIT, la Universidad Politécnica de Turín en Italia, el Centro de Soldados del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los EE. UU., El Instituto de Cáncer Dana Farber, el INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica en Italia, la Agencia de Defensa para la Tecnología y la Calidad en Corea del Sur y Monterrey. . Instituto Mexicano de Tecnología y Educación Superior.
Esta investigación fue financiada, en parte, por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., La
Institute Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA), MIT International Science and Technology Initiatives (MISTI), MIT Deshpande Center y MIT-Tecnológico de Monterrey Nanotechnology Program.
