Les ingénieurs du MIT se sont développés

Par Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology17 mars 2021

Les ingénieurs du MIT ont développé des tissus auto-refroidissants à partir de polyéthylène, couramment utilisés dans les sacs en plastique. Ils estiment que le nouveau tissu pourrait être plus durable que le coton et d'autres textiles courants. Crédit : Image reproduite avec l'aimable autorisation de Svetlana Boriskina

Des ingénieurs ont mis au point des tissus auto-refroidissants à partir de polyéthylène, un matériau couramment utilisé dans les sacs en plastique.

En considérant les matériaux qui pourraient devenir les tissus du futur, les scientifiques ont largement écarté une option largement disponible : le polyéthylène.

Constituant des pellicules plastiques et des sacs d'épicerie, le polyéthylène est fin et léger, et pourrait vous garder plus frais que la plupart des textiles car il laisse passer la chaleur plutôt que de la piéger. et évaporer l'humidité. Cette propriété anti-mèche a été un obstacle majeur à l'adoption du polyéthylène en tant que textile portable.

Now, MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Les ingénieurs du MIT ont transformé le polyéthylène en fibres et fils conçus pour évacuer l'humidité. Ils ont tissé les fils dans des tissus soyeux et légers qui absorbent et évaporent l'eau plus rapidement que les textiles courants tels que le coton, le nylon et le polyester.

Ils ont également calculé l'empreinte écologique qu'aurait le polyéthylène s'il était produit et utilisé comme textile. Contrairement à la plupart des hypothèses, ils estiment que les tissus en polyéthylène peuvent avoir un impact environnemental moindre au cours de leur cycle de vie que les textiles en coton et en nylon.

Les chercheurs espèrent que les tissus en polyéthylène pourraient inciter à recycler les sacs en plastique et autres produits en polyéthylène en textiles portables, ce qui contribuerait à la durabilité du matériau.

"Une fois que quelqu'un jette un sac en plastique dans l'océan, c'est un problème. Mais ces sacs pourraient facilement être recyclés, et si vous pouvez transformer du polyéthylène en baskets ou en sweat à capuche, il serait économiquement judicieux de ramasser ces sacs et de les recycler, " déclare Svetlana Boriskina, chercheuse scientifique au Département de génie mécanique du MIT.

Boriskina and her colleagues have published their findings on March 15, 2021, in Nature SustainabilityNature Sustainability is a scientific journal that focuses on research related to sustainable development, which aims to meet the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. The journal publishes original research articles, reviews, and perspectives across a wide range of topics, including sustainable use of natural resources, reducing environmental impacts, and addressing global challenges such as climate change, biodiversity loss, and pollution." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Durabilité naturelle.

A molecule of polyethylene has a backbone of carbon atoms, each with a hydrogen atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> atome attaché. La structure simple, répétée plusieurs fois, forme une architecture de type téflon qui résiste à l'adhésion à l'eau et à d'autres molécules.

"Toutes les personnes à qui nous avons parlé ont dit que le polyéthylène pouvait vous garder au frais, mais qu'il n'absorberait pas l'eau et la transpiration car il rejette l'eau, et à cause de cela, il ne fonctionnerait pas comme textile", explique Boriskina.

Néanmoins, elle et ses collègues ont essayé de fabriquer des fibres tissables à partir de polyéthylène. Ils ont commencé avec du polyéthylène sous sa forme de poudre brute et ont utilisé un équipement de fabrication textile standard pour faire fondre et extruder le polyéthylène en fibres fines, comme pour produire des brins de spaghetti. Étonnamment, ils ont découvert que ce processus d'extrusion oxydait légèrement le matériau, modifiant l'énergie de surface de la fibre de sorte que le polyéthylène devenait faiblement hydrophile et capable d'attirer les molécules d'eau à sa surface.

L'équipe a utilisé une deuxième extrudeuse standard pour regrouper plusieurs fibres de polyéthylène afin de créer un fil tissage. Ils ont découvert que, dans un brin de fil, les espaces entre les fibres formaient des capillaires à travers lesquels les molécules d'eau pouvaient être passivement absorbées une fois attirées à la surface d'une fibre.

Pour optimiser cette nouvelle capacité de mèche, les chercheurs ont modélisé les propriétés des fibres et ont découvert que des fibres d'un certain diamètre, alignées dans des directions spécifiques à travers le fil, amélioraient la capacité de mèche des fibres.

Sur la base de leur modélisation, les chercheurs ont fabriqué du fil de polyéthylène avec des arrangements et des dimensions de fibres plus optimisés, puis ont utilisé un métier à tisser industriel pour tisser le fil en tissus. Ils ont ensuite testé la capacité de mèche du tissu en polyéthylène sur le coton, le nylon et le polyester en trempant des bandes de tissus dans l'eau et en mesurant le temps qu'il a fallu au liquide pour mècher ou grimper sur chaque bande. Ils ont également placé chaque tissu sur une balance au-dessus d'une seule goutte d'eau et ont mesuré son poids au fil du temps au fur et à mesure que l'eau traversait le tissu et s'évaporait.

Dans chaque test, les tissus en polyéthylène évacuent et évaporent l'eau plus rapidement que les autres textiles courants. Les chercheurs ont observé que le polyéthylène perdait une partie de sa capacité à attirer l'eau avec des mouillages répétés, mais en appliquant simplement un peu de friction ou en l'exposant à la lumière ultraviolette, ils ont induit le matériau à redevenir hydrophile.

"Vous pouvez rafraîchir le matériau en le frottant contre lui-même, et de cette façon, il conserve sa capacité de mèche", explique Boriskina. "Il peut continuellement et passivement pomper l'humidité."

L'équipe a également trouvé un moyen d'incorporer de la couleur dans les tissus en polyéthylène, ce qui a été un défi, encore une fois en raison de la résistance du matériau à la liaison avec d'autres molécules, y compris les encres et colorants traditionnels. Les chercheurs ont ajouté des particules colorées dans le polyéthylène en poudre avant d'extruder le matériau sous forme de fibre. De cette façon, les particules ont été encapsulées dans les fibres, leur conférant avec succès de la couleur.

"Nous n'avons pas besoin de passer par le processus traditionnel de teinture des textiles en les trempant dans des solutions de produits chimiques agressifs", explique Boriskina. "Nous pouvons colorer les fibres de polyéthylène de manière complètement sèche, et à la fin de leur cycle de vie, nous pourrions fondre, centrifuger et récupérer les particules pour les réutiliser."

Selon les chercheurs, le processus de coloration à sec de l'équipe contribue à l'empreinte écologique relativement faible qu'aurait le polyéthylène s'il était utilisé pour fabriquer des textiles. L'équipe a calculé cette empreinte en utilisant un outil d'évaluation du cycle de vie couramment utilisé par l'industrie textile. En tenant compte des propriétés physiques du polyéthylène et des processus nécessaires pour fabriquer et colorer les tissus, les chercheurs ont découvert qu'il faudrait moins d'énergie pour produire des textiles en polyéthylène, par rapport au polyester et au coton.

"Le polyéthylène a une température de fusion plus basse, vous n'avez donc pas besoin de le chauffer autant que d'autres matériaux polymères synthétiques pour fabriquer du fil, par exemple", explique Boriskina. "La synthèse du polyéthylène brut libère également moins de gaz à effet de serre et de chaleur perdue que la synthèse de matériaux textiles plus conventionnels tels que le polyester ou le nylon. Le coton nécessite également beaucoup de terre, d'engrais et d'eau pour pousser, et est traité avec des produits chimiques agressifs, qui tous a une énorme empreinte écologique."

Dans sa phase d'utilisation, le tissu en polyéthylène pourrait également avoir un impact environnemental moindre, dit-elle, car il nécessiterait moins d'énergie pour laver et sécher le matériau par rapport au coton et à d'autres textiles.

"Il ne se salit pas car rien n'y colle", déclare Boriskina. "Vous pouvez laver le polyéthylène à froid pendant 10 minutes, contre laver le coton à chaud pendant une heure."

"Bien qu'il s'agisse d'une découverte surprenante, je pense que la conception des expériences et les données sont assez convaincantes", déclare Shirley Meng, scientifique des matériaux à l'Université de Californie à San Diego, qui n'a pas participé à la recherche. "Sur la base des données présentées dans l'article, le tissu PE particulier rapporté ici présente des propriétés supérieures à celles du coton. Le point principal est que le PE recyclé peut être utilisé pour fabriquer du textile, un produit de valeur significative. C'est la pièce manquante de Recyclage du PE et économie circulaire."

L'équipe explore des moyens d'incorporer des tissus en polyéthylène dans des vêtements de sport légers à refroidissement passif, des vêtements militaires et même des combinaisons spatiales de nouvelle génération, en tant que boucliers en polyéthylène contre les rayons X nocifs de l'espace.

Référence : "Tissus en polyéthylène durables avec transport d'humidité technique pour le refroidissement passif" par Matteo Alberghini, Seongdon Hong, L. Marcelo Lozano, Volodymyr Korolovych, Yi Huang, Francesco Signorato, S. Hadi Zandavi, Corey Fucetola, Ihsan Uluturk, Michael Y. Tolstorukov , Gang Chen, Pietro Asinari, Richard M. Osgood III, Matteo Fasano et Svetlana V. Boriskina, 15 mars 2021, Nature Sustainability.DOI : 10.1038/s41893-021-00688-5

L'équipe internationale comprenait des chercheurs du MIT, de l'Université polytechnique de Turin en Italie, du US Army Combat Capabilities Development Command Soldier Center, du Dana Farber Cancer Institute, de l'INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica en Italie, de l'Agence de défense pour la technologie et la qualité en Corée du Sud et de Monterrey. Institut de technologie et d'enseignement supérieur du Mexique.

Cette recherche a été soutenue, en partie, par le US Army Research Office, le

Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) Institute, MIT International Science and Technology Initiatives (MISTI), le MIT Deshpande Center et le MIT-Tecnológico de Monterrey Nanotechnology Program.