Aus recycelten Plastiktüten werden nachhaltige Stoffe hergestellt

Polyethylen ist einer der am weitesten verbreiteten Kunststoffe auf der Welt, kommt jedoch selten in Kleidung vor, da es kein Wasser aufnehmen oder ableiten kann. (Stellen Sie sich vor, Sie tragen eine Plastiktüte – Sie würden sich sehr schnell sehr unwohl fühlen.) Nun haben Forscher in den USA jedoch ein neues, aus Polyethylen gesponnenes Material entwickelt, das nicht nur besser „atmet“ als Baumwolle, Nylon oder Polyester, sondern auch eine geringerer ökologischer Fußabdruck aufgrund der einfachen Herstellung, Färbung, Reinigung und Verwendung.

Die Textilindustrie produziert jedes Jahr etwa 62 Millionen Tonnen Stoffe. Dabei verbraucht es riesige Mengen Wasser, erzeugt Millionen Tonnen Abfall und ist für 5–10 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich, was es zu einer der umweltschädlichsten Industrien der Welt macht. Auch spätere Phasen des Textilnutzungszyklus tragen zu den Umweltauswirkungen der Branche bei. Textilien aus Naturfasern wie Wolle, Baumwolle, Seide oder Leinen benötigen für das Recycling erhebliche Mengen an Energie und Wasser, während Textilien, die gefärbt sind oder aus Verbundmaterialien bestehen, überhaupt nur schwer zu recyceln sind.

Forscher unter der Leitung von Svetlana Boriskina vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) machten sich daran, eine Alternative zu entwickeln. Sie begannen damit, pulverförmiges Polyethylen niedriger Dichte zu schmelzen und es dann zu dünnen Fasern mit einem Durchmesser von etwa 18,5 μm zu extrudieren (gemessen mit Rasterelektronenmikroskopie und Mikrocomputertomographie-Bildgebungstechniken). Durch diesen Prozess wird die Oberfläche des Materials leicht oxidiert, sodass es hydrophil wird, also Wassermoleküle anzieht, ohne dass eine separate chemische Behandlung erforderlich ist.

Als nächstes führten die Forscher die Fasern durch einen zweiten Extruder und erzeugten so ein Garn aus Bündeln von über 200 PE-Fasern. Durch den Bündelungsprozess entstehen Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern im Garn, wodurch Kapillaren entstehen, durch die Wassermoleküle wandern können und die aus diesem Garn gewebten Stoffstreifen ermöglichen, Feuchtigkeit aufzusaugen, wenn sie in eine Flüssigkeit getaucht werden. Als die Forscher maßen, wie lange die Flüssigkeit brauchte, um die Teststreifen hochzuwandern, stellten sie fest, dass das neue PE-Material schneller war als Baumwoll-, Nylon- und Polyesterproben gleicher Größe.

Um den Dochtwirkungsprozess besser zu verstehen und so leistungsfähigere PE-basierte Stoffe zu entwerfen, modellierte das Team die innere Struktur des PE-Garns als eine unendliche Ansammlung identischer paralleler Fasern mit kreisförmigem Querschnitt, die dicht in einer periodischen Struktur gepackt sind. Die Garnfasern sind entweder in einem sechseckigen oder quadratischen Gitter angeordnet, wobei der Dochtwirkungsprozess in Richtung entlang des Garns erfolgt. Das Modell sagte voraus, dass für Fasern, die das Wasser in einem Winkel von 71,3° kontaktieren, der optimale Faserradius und die optimale Porosität in beiden Gitterformen 15–20 μm und 45 % betragen würden.

Zusätzlich zu den vielversprechenden Feuchtigkeitstransporteigenschaften des neuen Materials weisen die Forscher darauf hin, dass es „völlig trocken“ gefärbt werden kann, indem Farbpartikel – entweder herkömmliche Farbstoffe oder unkonventionelle anorganische Nanopartikel-Farbstoffe – in das PE-Pulver vor dem Schmelzen eingearbeitet werden. Extrudierstufen. Bei einem solchen Verfahren würden die Farbstoffpartikel von Anfang an in den Fasern eingeschlossen, wodurch herkömmliche Färbemethoden entfallen würden, bei denen die Stoffe in Lösungen aggressiver Chemikalien eingetaucht werden müssten. Am Ende der Stofflebensdauer könnten die Farbstoffpartikel sogar zur Wiederverwendung zurückgewonnen werden, indem das Material eingeschmolzen und zentrifugiert wird.

Mitglieder des MIT-Teams sagen, dass dieser Trockenfärbeprozess dazu beiträgt, das PE-Gewebe umweltfreundlicher zu machen als herkömmliche Textilien. Sie fügen hinzu, dass PE einen niedrigeren Schmelzpunkt als andere synthetische Polymermaterialien hat, was bedeutet, dass es bei niedrigeren Temperaturen zu Garnen gesponnen werden kann. Auch die Synthese von PE aus Rohstoffen setzt weniger Treibhausgase und Abwärme frei als die Herstellung von Polyester oder der Anbau von Baumwolle. Vor allem Letzteres erfordert viel Land, Dünger und Wasser.

Textile Tore mit Infrarotstrahlung halten kühl

PE-Gewebe haben bei der Verwendung möglicherweise auch eine geringere Umweltbelastung, da es leichter zu waschen und zu trocknen ist als andere Textilien. „Es wird nicht schmutzig, weil nichts daran haften bleibt“, sagt Boriskina. „Man könnte Polyethylen 10 Minuten lang im Kaltwaschgang waschen, statt Baumwolle eine Stunde lang im Heißwaschgang zu waschen.“ Es kann sogar „aufgefrischt“ werden, indem man es an sich selbst reibt oder UV-Licht aussetzt – ein Prozess, der auch dazu beiträgt, seine hydrophilen Eigenschaften zu bewahren.

Die Forscher sagen, dass sie derzeit nach Möglichkeiten suchen, PE-Stoffe in leichte, passiv kühlende Sportbekleidung und Militäruniformen zu integrieren. Raumanzüge könnten eine weitere Möglichkeit sein, da PE vor schädlicher Strahlung schütze.

Das PE-Gewebe wird in Nature Sustainability beschrieben.