Tecnologia Científica

Podemos reciclar sacolas plásticas em tecidos do futuro?
Os engenheiros desenvolveram tecidos com auto-resfriamento de polietileno, um material comumente usado em sacolas plásticas.
Por Jennifer Chu - 15/03/2021


Os pesquisadores do MIT projetam um novo tipo de tecido sustentável a partir de fibras de polietileno que pode ajudar os humanos a se adaptar e combater os efeitos das mudanças climáticas.Créditos:Imagem: Felice Frankel, Christine Daniloff, MIT

Ao considerar os materiais que poderiam se tornar os tecidos do futuro, os cientistas rejeitaram uma opção amplamente disponível: o polietileno.

O polietileno, que é uma embalagem plástica e sacolas de supermercado, é fino e leve e pode mantê-lo mais fresco do que a maioria dos tecidos, porque permite que o calor passe, em vez de prendê-lo. Mas o polietileno também retém água e suor, pois é incapaz de afastar e evapora a umidade. Essa propriedade anti-pânico tem sido um grande impedimento para a adoção do polietileno como um tecido vestível.

Agora, os engenheiros do MIT transformaram o polietileno em fibras e fios projetados para dissipar a umidade. Eles teceram os fios em tecidos leves e sedosos que absorvem e evaporam a água mais rapidamente do que os tecidos comuns, como algodão, náilon e poliéster.

Eles também calcularam a pegada ecológica que o polietileno teria se fosse produzido e usado como tecido. Contrariando a maioria das suposições, eles estimam que os tecidos de polietileno podem ter um impacto ambiental menor ao longo de seu ciclo de vida do que os tecidos de algodão e náilon.

Os pesquisadores esperam que os tecidos feitos de polietileno possam fornecer um incentivo para reciclar sacolas plásticas e outros produtos de polietileno em tecidos vestíveis, aumentando a sustentabilidade do material.

“Uma vez que alguém joga um saco plástico no oceano, isso é um problema. Mas essas sacolas podem ser facilmente recicladas e, se você puder transformar o polietileno em um tênis ou moletom, faria sentido econômico pegar essas sacolas e reciclá-las ”, diz Svetlana Boriskina, pesquisadora do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT.

Boriskina e seus colegas publicaram suas descobertas hoje na Nature Sustainability .

Pavio de água

Uma molécula de polietileno tem uma estrutura de átomos de carbono, cada um com um átomo de hidrogênio anexado. A estrutura simples, repetida muitas vezes, forma uma arquitetura semelhante ao Teflon que resiste à aderência à água e outras moléculas.

“Todos com quem conversamos disseram que o polietileno pode deixar você resfriado, mas não absorve água e suor porque rejeita a água e, por isso, não funcionaria como tecido”, diz Boriskina.

No entanto, ela e seus colegas tentaram fazer fibras tecíveis de polietileno. Eles começaram com o polietileno em sua forma de pó bruto e usaram equipamentos de manufatura têxtil padrão para derreter e extrudar o polietileno em fibras finas, semelhante a produzir fios de espaguete. Surpreendentemente, eles descobriram que esse processo de extrusão oxidava levemente o material, alterando a energia da superfície da fibra de modo que o polietileno se tornava fracamente hidrofílico e capaz de atrair moléculas de água para sua superfície.

A equipe usou uma segunda extrusora padrão para agrupar várias fibras de polietileno para fazer um fio tecível. Eles descobriram que, dentro de um fio de fio, os espaços entre as fibras formavam capilares por meio dos quais as moléculas de água podiam ser absorvidas passivamente quando atraídas para a superfície da fibra.

Para otimizar essa nova capacidade de absorção, os pesquisadores modelaram as propriedades das fibras e descobriram que fibras de um certo diâmetro, alinhadas em direções específicas ao longo do fio, melhoraram a capacidade de absorção das fibras.

Com base em sua modelagem, os pesquisadores fizeram fios de polietileno com arranjos de fibras e dimensões mais otimizados e, em seguida, usaram um tear industrial para tecer o fio em tecidos. Eles então testaram a capacidade de absorção do tecido de polietileno sobre algodão, náilon e poliéster, mergulhando tiras dos tecidos em água e medindo o tempo que o líquido levava para passar ou subir em cada tira. Eles também colocaram cada tecido em uma escala sobre uma única gota de água e mediram seu peso ao longo do tempo, conforme a água penetrava no tecido e evaporava.

Em todos os testes, os tecidos de polietileno se soltaram e evaporaram a água mais rápido do que outros tecidos comuns. Os pesquisadores observaram que o polietileno perdeu parte de sua capacidade de atrair água com umedecimento repetido, mas, simplesmente aplicando um pouco de fricção ou expondo-o à luz ultravioleta, eles induziram o material a se tornar hidrofílico novamente.

“Você pode refrescar o material esfregando-o contra si mesmo e, dessa forma, ele mantém sua capacidade de absorção”, diz Boriskina. “Ele pode continuamente e passivamente bombear a umidade.”

Ciclo ecológico

A equipe também encontrou uma forma de incorporar cor aos tecidos de polietileno, o que tem sido um desafio, mais uma vez devido à resistência do material à ligação com outras moléculas, incluindo tintas e corantes tradicionais. Os pesquisadores adicionaram partículas coloridas ao polietileno em pó antes de extrudar o material em forma de fibra. Desta forma, as partículas foram encapsuladas dentro das fibras, dando-lhes cor com sucesso.

“Não precisamos passar pelo processo tradicional de tingir tecidos mergulhando-os em soluções de produtos químicos agressivos”, diz Boriskina. “Podemos colorir as fibras de polietileno de uma forma completamente seca e, no final de seu ciclo de vida, podemos derreter, centrifugar e recuperar as partículas para usar novamente.”

O processo de coloração a seco da equipe contribui para a pegada ecológica relativamente pequena que o polietileno teria se fosse usado para fazer têxteis, dizem os pesquisadores. A equipe calculou essa pegada usando uma ferramenta de avaliação do ciclo de vida comumente usada pela indústria têxtil. Levando em consideração as propriedades físicas do polietileno e os processos necessários para fazer e colorir os tecidos, os pesquisadores descobriram que seria necessário menos energia para produzir os têxteis de polietileno, em comparação com o poliéster e o algodão.

“O polietileno tem uma temperatura de fusão mais baixa, então você não precisa aquecê-lo tanto quanto outros materiais poliméricos sintéticos para fazer o fio, por exemplo”, explica Boriskina. “A síntese de polietileno bruto também libera menos gases de efeito estufa e calor residual do que a síntese de materiais têxteis mais convencionais, como poliéster ou náilon. O algodão também exige muita terra, fertilizante e água para crescer e é tratado com produtos químicos agressivos, que têm uma enorme pegada ecológica ”.

Em sua fase de uso, o tecido de polietileno também poderia ter um impacto ambiental menor, diz ela, pois exigiria menos energia para lavar e secar o material em comparação com o algodão e outros tecidos.

“Não fica sujo porque nada gruda nele”, diz Boriskina. “Você poderia lavar o polietileno no ciclo frio por 10 minutos, em vez de lavar o algodão no ciclo quente por uma hora”.

“Embora seja uma descoberta surpreendente, acho que o planejamento dos experimentos e os dados são bastante convincentes”, diz Shirley Meng, cientista de materiais da Universidade da Califórnia em San Diego, que não esteve envolvida na pesquisa. “Com base nos dados apresentados no artigo, o tecido PE específico relatado aqui apresenta propriedades superiores às do algodão. O ponto principal é que o PE reciclado pode ser usado para fazer têxteis, um produto de valor significativo. Esta é a peça que faltava na reciclagem de PE e na economia circular. ”

A equipe está explorando maneiras de incorporar tecidos de polietileno em roupas esportivas leves e de resfriamento passivo, trajes militares e até mesmo trajes espaciais de última geração, como escudos de polietileno contra a prejudicial radiação de raios-X do espaço.

A equipe internacional incluiu pesquisadores do MIT, Universidade Politécnica de Torino na Itália, Centro de Soldados do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA, Dana Farber Cancer Institute, INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica na Itália, Agência de Defesa para Tecnologia e Qualidade na Coréia do Sul e Monterrey Instituto de Tecnologia e Educação Superior do México.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA, o

Instituto de Tecidos Funcionais Avançados da América (AFFOA), Iniciativas Internacionais de Ciência e Tecnologia do MIT (MISTI), Centro de Deshpande do MIT e Programa de Nanotecnologia do MIT-Tecnológico de Monterrey.

 

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