麻省理工的工程人员用回收的塑料袋制成自冷却织物
聚乙烯通常用来制作保鲜膜和食品袋。聚乙烯又薄又轻，比大多数纺织品更凉爽，因为它可以让热量通过而不是将其困在里面。但聚乙烯也会锁住水和汗水，因为它无法吸走和蒸发水分。这种抗吸湿排汗特性一直是聚乙烯作为可穿戴纺织品采用的主要障碍。
现在，麻省理工学院的工程师们已经将聚乙烯纺成纤维和纱线，旨在吸走水分。他们将纱线编织成丝滑、轻盈的织物，比棉、尼龙和涤纶等普通纺织品更快地吸收和蒸发水分。他们还计算了如果生产和用作纺织品的聚乙烯将产生的生态足迹。与大多数假设相反，他们估计聚乙烯织物在其生命周期内对环境的影响可能比棉和尼龙纺织品小。
研究人员希望由聚乙烯制成的织物可以激励人们将塑料袋和其他聚乙烯产品回收到可穿戴纺织品中，从而增加材料的可持续性。
“一旦有人把塑料袋扔进海里，那就是一个问题。但是这些袋子可以很容易地回收利用，如果你能把聚乙烯做成运动鞋或连帽衫，那么捡起这些袋子并回收它们将具有经济意义。”麻省理工学院机械工程系的研究科学家斯韦特兰娜·鲍里斯金娜（SvetlanaBoriskina）说。
聚乙烯分子具有碳原子的骨架，每个碳原子都连接着一个氢原子。这种简单的结构，重复了很多次，形成了一种类似聚四氟乙烯的结构，可以防止粘附在水和其他分子上。
“与我们交流过的人都说聚乙烯可以保持凉爽，但它不会吸收水分和汗水，因为它会排斥水，因此，它不能作为纺织品使用。”鲍里斯金娜说。尽管如此，她和她的同事们还是试图用聚乙烯制造可编织的纤维。他们从原料粉末形式的聚乙烯开始，并使用标准的纺织制造设备将聚乙烯熔化并挤出成细纤维，类似于制作面条。令人惊讶的是，他们发现这种挤出过程使材料略微氧化，改变了纤维的表面性能，使聚乙烯变得具有弱亲水性，并能够将水分子吸引到其表面。
该团队使用第二台标准挤出机将多种聚乙烯纤维束在一起，制成可编织的纱线。他们发现，在一根纱线中，纤维之间的空间形成了毛细管，一旦被吸引到纤维表面，水分子就可以被动地吸收。
为了优化这种新的芯吸能力，研究人员对纤维的特性进行了建模，发现一定直径的纤维在整个纱线中沿特定方向排列，提高了纤维的芯吸能力。
根据他们的模型，研究人员制造了具有更优化的纤维排列和尺寸的聚乙烯纱线，使用工业织机将纱线编织成织物。然后，他们通过将织物条浸入水中并测量液体吸湿或“爬上”每条织物条所需的时间，测试了聚乙烯织物对棉、尼龙和聚酯的吸湿排汗能力。他们还将每块织物放在单个水滴上方的刻度上，并随着时间的推移测量其重量，因为水通过织物被吸走并蒸发。
在每次测试中，聚乙烯织物都比其他普通纺织品更快地吸走了水分并蒸发了水分。研究人员确实观察到，聚乙烯在反复润湿时失去了一些吸水能力，但通过简单地施加一些摩擦，或将其暴露在紫外线下，他们诱导材料再次变得亲水。“你可以通过摩擦材料来刷新材料，这样它就可以保持其吸湿排汗能力，”鲍里斯金娜说，“它可以持续被动地抽走水分。”
该团队还找到了一种将颜色融入聚乙烯织物的方法，这一直是一个挑战，因为该材料对与其他分子（包括传统油墨和染料）的结合具有抵抗力。研究人员将彩色颗粒添加到粉末状聚乙烯中，然后将材料挤出成纤维形式。通过这种方式，颗粒被封装在纤维中，成功地赋予它们颜色。
“我们不需要通过传统的纺织品染色过程，将它们浸泡在刺激性化学品的溶液中，”鲍里斯金娜说，“我们可以以完全干燥的方式对聚乙烯纤维进行着色，在它们的生命周期结束时，我们可以熔化、离心并回收颗粒以再次使用。”
研究人员说，该团队的干式着色工艺有助于聚乙烯在用于制造纺织品时产生相对较小的生态足迹。该团队使用纺织行业常用的生命周期评估工具计算了这一足迹。考虑到聚乙烯的物理特性以及制造和着色织物所需
的过程，研究人员发现，与涤纶和棉花相比，生产聚乙烯纺织品所需的能源更少。
“聚乙烯的熔化温度较低，因此您不必像其他合成聚合物材料那样加热它来制造纱线，”鲍里斯金娜解释道，“与合成更传统的纺织材料（如聚酯或尼龙）相比，合成原料聚乙烯释放的温室气体和废热更少。棉花的生长还需要大量的土地、肥料和水，并用刺激性化学物质处理，所有这些都会带来巨大的生态足迹。她说，在使用阶段，聚乙烯织物对环境的影响也较小，因为与棉花和其他纺织品相比，它需要更少的能源来清洗和干燥材料。”
“它不会变脏，因为没有任何东西能粘在上面，”鲍里斯金娜说。“在冷水中洗涤聚乙烯10分钟即可，而不必像棉织物那样在热水中洗一个小时。”
该团队正在探索将聚乙烯织物融入轻质被动冷却的运动服、军装甚至下一代宇航服中的方法，作为聚乙烯屏蔽太空有害X射线辐射的方法。
这项研究得到了美国先进功能性织物研究所（AFFOA）、麻省理工学院国际科学技术计划（MISTI）、麻省理工学院德斯潘德中心和麻省理工学院蒙特雷技术纳米技术计划以及美国陆军研究办公室的支持。（逸文）