MIT Mühendisleri Polietilenden Kendi Kendini Soğutan Kumaşlar Geliştiriyor

Geleceğin kumaşları haline gelebilecek malzemeleri değerlendirirken, bilim insanları, yaygın olarak bulunan bu seçeneği büyük ölçüde göz ardı etmişlerdir: polietilen.

Plastik paketlemeler ve market poşetleri gibi polietilen malzemeler, ince ve hafiftir ve sizi çoğu kumaştan daha serin tutabilir çünkü ısıyı hapsetmek yerine geçmesine izin verirler. Ancak, polietilen de, nemi uzaklaştıramadığı ve buharlaştıramadığı için, su ve teri içinde hapsedebilir.

Bu anti-fitil özelliği, polietilenin giyilebilir bir tekstil olarak benimsenmesinde büyük bir engel olmuştur.

Bugünlerde, MIT’den mühendisler polietileni, nemi uzaklaştırmak için tasarlanmış lifler ve ipliklere dönüştürdüler. İplikleri, pamuk, naylon ve polyester gibi yaygın olan tekstil ürünlerinden daha hızlı emen ve buharlaşmasını sağlayan ipeksi, hafif kumaşlarda kullanıyorlar.

Aynı zamanda, polietilenin bir tekstil olarak üretilip kullanılması durumunda sahip olacağı ekolojik ayak izini de hesapladılar. Çoğu varsayımın aksine, polietilen kumaşların, pamuklu ve naylon tekstillere göre yaşam döngüleri boyunca daha küçük bir çevresel etkiye sahip olabileceğini tahmin ediyorlar.

Araştırmacılar, polietilenden üretilen kumaşların, plastik poşetleri ve diğer polietilen ürünleri giyilebilir tekstillere geri dönüştürme konusunda teşvik edici olup malzemenin sürdürülebilirliğine katkı sağlayacağını umuyorlar.

MIT’nin Makine Mühendisliği Bölümü’nde araştırma görevlisi olan Svetlana Boriskina, “Birilerinin okyanusa bir plastik torba atması bir sorun. Ancak, bu çantalar kolaylıkla geri dönüştürülebilir ve eğer polietileni bir spor ayakkabı veya kapüşonluya dönüştürebilirseniz, bu torbaları alıp geri dönüştürmek ekonomik bir anlam eder.” diyor.

Boriskina ve meslektaşları keşiflerini Nature Sustainability‘de yayımladılar.

Su Fitili

Bir polietilen molekülü, her birine bir hidrojen atomu eklenmiş bir karbon atomu omurgasına sahiptir. Birçok kez tekrarlanan bu basit yapı, suya ve diğer moleküllere yapışmaya direnç gösteren Teflon benzeri bir yapı oluşturur.

Boriskina, “Görüştüğümüz herkes polietilenin sizi serinletebileceğini söylüyor, ancak suyu ve teri emmiyor, çünkü suyu reddediyor ve bu nedenle bir tekstil işlevi görmüyor,” diyor.

Bunun yanı sıra, o ve meslektaşları polietilenden dokunabilir lifler üretmeye çalıştılar. Ham toz halindeki polietilenle başladılar ve bunu eritmek ve spagetti tellerini çıkarmaya benzeyen bir şekilde ince lifler halinde ekstrüde etmek için standart tekstil üretim ekipmanlarını kullandılar.

Şaşırtıcı bir şekilde, bu ekstrüzyon işleminin malzemeyi biraz oksitlediğini, elyafın yüzey enerjisini değiştirdiğini, öyle ki polietilenin zayıf hidrofilik hale geldiğini ve su moleküllerini yüzeyine çekebildiğini keşfettiler.

Araştırmacılar, dokunabilir bir iplik üretmek üzere birden fazla polietilen elyafı bir araya toplamak için ikinci bir standart ekstrüder kullandılar. Bir iplik teli içinde, liflerin yüzeyine çekildikten sonra su moleküllerinin pasif olarak emilebildiği kılcal damarlar oluşturan, lifler arasında boşlukların olduğunu keşfettiler.

Araştırmacılar, bu yeni fitilleme yeteneğini optimize etmek için liflerin özelliklerini modellediler ve iplik boyunca belirli yönlerde hizalanmış belirli çaptaki liflerin, bu fitilleme kabiliyetini geliştirdiğini buldular.

Araştırmacılar yaptıkları modellemelere dayanarak, daha iyi optimize edilmiş elyaf dizilişleri ve boyutlarıyla polietilen iplikler ürettiler. Ardından, ipliği kumaşlara dokumak için endüstriyel bir dokuma tezgahı kullandılar.

Sonrasında, kumaş şeritlerini suya daldırarak sıvının her şeridi fitillemesi veya tırmanması için geçen süreyi ölçerek polietilen kumaşın pamuk, naylon ve polyester üzerinde fitilleme kabiliyetini test ettiler.

Ayrıca, her ölçekli kumaşı tek bir su damlacığının üzerine yerleştirdiler ve su kumaştan geçip buharlaştığı süre boyunca zamanla ağırlığındaki değişimi ölçtüler.

Her bir testte, polietilen kumaşlar suyu diğer sıradan tekstillerden daha hızlı buharlaştırdılar ve uzaklaştırdılar. Araştırmacılar, polietilenin tekrarlanan ıslanmayla su çekme yeteneğinin bir kısmını kaybettiğini gözlemlediler, ancak sadece biraz sürtünme uygulayarak veya onu ultraviyole ışığa maruz bırakarak, malzemeyi tekrar hidrofilik hale gelmesini sağladılar.

Boriskina, “Malzemeyi kendisine sürterek yenileyebiliyorsunuz ve malzeme bu şekilde fitilleme kabiliyetini koruyor,” diyor. “Sürekli ve pasif olarak nemi dışarı pompalayabiliyor.”

Ekolojik Döngü

Ekip aynı zamanda, malzemenin geleneksel mürekkepler ve boyalar da dahil olmak üzere, diğer moleküllerle bağlanmaya karşı oluşturduğu direnç yüzünden zorlu olan polietilen kumaşlara renk katmanın bir yolunu buldu.

Araştırmacılar, malzemeyi elyaf formuna extrüde etmeden önce toz halindeki polietilene renkli parçacıklar eklediler. Bu sayede, parçacıklar liflerin içinde kapsüllendiler ve onlara başarılı bir şekilde renk kattılar.

Boriskina, “Tekstilleri, ağır kimyasalların çözeltilerine batırarak geleneksel boyama sürecinden geçirmemize gerek yok,” diyor. “Polietilen lifleri tamamen kuru bir şekilde renklendirebiliyoruz. Yaşam döngülerinin sonunda onları eritebilir, santrifüjleyebilir ve parçacıkları tekrar kullanmak üzere geri kazanabiliriz.”

Araştırmacılar, ekibin kuru renklendirme sürecinin, polietilenin tekstil yapımında kullanılması durumunda sahip olacağı nispeten küçük olan ekolojik ayak izine katkıda bulunduğunu söylüyor. Ekip, tekstil endüstrisi tarafından yaygın olarak kullanılan bir yaşam döngüsü değerlendirme aracı kullanarak bu ayak izini hesapladı.

Araştırmacılar, polietilenin fiziksel özelliklerini ve kumaşları yapmak ve renklendirmek için gereken işlemleri hesaba katarak, polietilen tekstiller üretmenin polyester ve pamuğa kıyasla daha az enerji gerektirdiğini keşfettiler.

Boriskina, “Polietilen daha düşük bir erime sıcaklığına sahip, bu sebeple ipliği yapmak için diğer sentetik polimer malzemeler kadar ısıtmanıza gerek kalmıyor,” şeklinde açıklıyor. “Ham polietilen sentezi ayrıca polyester veya naylon gibi daha geleneksel tekstil malzemelerinin sentezine göre daha az sera gazı ve atık ısı açığa çıkarıyor. Ayrıca pamuk, üretimi için çok fazla arazi, gübre ve su istiyor ve hepsi de muazzam bir ekolojik ayak izine neden olan sert kimyasallarla işleniyor.”

Boriskina, pamuk ve diğer tekstillerle karşılaştırıldığında, polietilen kumaşın kullanım aşamasında malzemeyi yıkamak ve kurutmak için daha az enerji gerektireceğinden çevresel etkisinin daha az olabileceğini söylüyor.

Boriskina, “Kumaş kirlenmiyor çünkü üzerine hiçbir şey yapışmıyor,” diyor. “Pamuğu sıcak devirde bir saat yıkamaya karşı, polietileni soğuk devirde 10 dakika yıkayabilirsiniz.”

Ekip, polietilen kumaşları hafif, pasif olarak soğutan atletik giysilere, askeri kıyafetlere ve hatta uzayın zararlı X-ışını radyasyonuna karşı polietilen kalkanlar olarak yeni nesil uzay kıyafetlerine dahil etmenin yollarını araştırıyor.

Uluslararası ekipte; MIT, İtalya’daki Polytechnic University of Turin, ABD Ordusu Savaş Yetenekleri Geliştirme Komutanlığı Asker Merkezi, Dana Farber Kanser Enstitüsü, İtalya’daki INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Güney Kore’deki Defense Agency for Technology and Quality, Meksika’daki Monterrey Institute of Technology and Higher Education’dan araştırmacılar yer alıyor.

Kaynak: azom.com