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把蝴蝶結穿在身上

你知道嗎，穿在身上的衣服可能是一個大污染源。它們像二氧化碳一樣為氣候變暖推波助瀾。

怎麼辦？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。現在，美國麻省理工學院科學家已經突破障礙，将聚乙烯紡成纖維和紗線，并将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，因而不可以用傳統方式染色，所以我們不得不将其設計成一種新的織物材料，後者不僅可以輻射熱量進行被動冷卻，還可以吸汗，并且舒适。”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

紡織行業是地球上污染最嚴重的行業之一，僅次于石油和天然氣行業。生産紡織品要消耗大量的水，并産生數百萬噸的紡織廢料，排放的溫室氣體占全球溫室氣體的5%~10%。

而且，紡織品在使用階段的維護往往比生産階段消耗更多的能源和水，彩色或混合紡織品還讓垃圾分類變得複雜，大多數紡織品最終被扔進垃圾填埋場或焚燒。

“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；纖維産品後期化學染色也會造成水浪費和水污染。”清華大學美術學院研究可持續時尚的姜珊梓說。

雖然紡織業長期使用羊毛、棉、絲、麻等天然纖維，但在過去的一個世紀裡，滌綸、腈綸和尼龍等合成材料迅速普及。而一種常見的塑料卻被忽視了。

這種塑料就是聚乙烯，也是世界上生産最廣泛的材料之一。它價格便宜、耐腐蝕、易于制造與回收，在壽命結束時可以轉換成燃料源。非織造聚乙烯材料已經用于實驗室服裝和防護服裝的制作。

但由于聚乙烯分子的主鍊是碳原子，每個碳原子上連着一個氫原子。這種簡單結構經過多次重複，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。“每個和我們交談過的人都說，聚乙烯可能會讓你保持涼爽，但因為排斥水，它不會吸汗，所以也就不能用作紡織品。”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，使用标準的紡織制造設備将聚乙烯熔化并擠壓成細纖維，類似于生産面條。令人驚訝的是，他們發現這種擠壓過程輕微氧化了材料，使聚乙烯變得弱親水，并能夠吸引水分子到其表面。

該團隊又将多個聚乙烯纖維聚集在一起，制成可編織的紗線。他們發現，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，它們就會被吸收。

為了優化這種吸水能力，研究人員模拟了纖維的性能，發現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化的纖維排列和尺寸的聚乙烯紗線，然後使用工業織機将紗線織成織物。為了測試聚乙烯織物、棉、尼龍和聚酯織物的吸汗能力，他們将各類纖維條浸入水中，測量液體吸收或順着每條纖維條往上運動所需的時間。他們還把織物放在一個磅秤上，測量了水通過織物并蒸發織物的重量。

在測試中，聚乙烯織物能比其他普通紡織品更快消散和蒸發水分。研究人員觀察到，聚乙烯在反複潤濕過程中失去了一些吸水能力，但通過簡單摩擦，或将其暴露在紫外線下，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，這樣就保持了吸汗能力。它可以連續、被動地吸走水分。”Boriskina說。

該團隊還發現了一種将顔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，然後将材料擠壓成纖維。通過這種方法，顆粒被包裹在纖維中，成功地賦予其顔色。

“我們不需要使用傳統的紡織品染色工藝，即把衣服浸泡在刺激性化學溶液中。”Boriskina 說，“我們可以在完全幹燥的情況下給聚乙烯纖維上色，在它們生命周期結束後，我們可以熔化、離心，回收顆粒再次使用。”

時尚也可持續

Boriskina的“塑料衣服”并非其貌不揚、遠離時尚，相反，它具有絲質的光澤、柔滑涼爽的觸感，還能通過快速吸濕和蒸發為穿者降溫。

該團隊使用紡織行業常用的生命周期評估工具計算了聚乙烯制造紡織品的碳足迹。考慮到聚乙烯的物理性能以及制作和上色過程，研究人員發現，與滌綸和棉布相比，生産聚乙烯紡織品需要的能源更少。

“聚乙烯的熔化溫度較低，所以你不需要像合成其他高分子材料那樣加熱制作紗線。”Boriskina說，“與合成更傳統的紡織材料（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，聚乙烯織物對環境的影響也較小，因為與棉布和其他紡織品相比，清洗和幹燥它需要的能源更少。

“它不會髒，因為沒有東西能粘在上面。”Boriskina說，“你用冷水洗滌聚乙烯隻需10分鐘，相比之下，用熱水洗滌棉布則要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産品，從而增加材料的可持續利用。“一旦有人把塑料袋扔進海裡就出現了污染問題。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。”Boriskina說。

“可持續時尚為服裝行業污染尋找了解決辦法。”作為年輕人，姜珊梓認為可持續時尚未來發展趨勢是樂觀的，“雖然尚未形成清晰系統的規範，但目前已經有許多平台在普及可持續時尚的知識，甚至銷售相關産品，同時也推動大衆提升綠色消費意識，增強對環境保護的認知”。

現在，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模應用。他們也在探索用聚乙烯面料制作輕質、可被動冷卻的運動服、軍裝，甚至下一代太空服。

“我們還緻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遊解決方案。”Boriskina說。（唐鳳）

來源： 《中國科學報》

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