Волокнистые «штрих-коды» могут сделать этикетки для одежды долговечными

Предыдущее изображение Следующее изображение

В Соединенных Штатах ежегодно около 15 миллионов тонн текстиля оказывается на свалках или сжигается. Эти отходы, составляющие 85 процентов производимого за год текстиля, представляют собой растущую экологическую проблему. В 2022 году Массачусетс стал первым штатом, принявшим закон, запрещающий выбрасывать текстильные изделия в мусор, с целью повысить процент переработки.

Но переработка текстиля не всегда проста. Те, которые невозможно перепродать как есть, отправляются на предприятия для сортировки по типу ткани. Ручная сортировка трудоемка и усложняется из-за изношенности или отсутствия этикеток. Более продвинутые методы анализа химического состава ткани часто недостаточно точны, чтобы идентифицировать материалы в смесях тканей, из которых состоит большая часть одежды.

Чтобы улучшить этот процесс сортировки, команда из Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института и Мичиганского университета предлагает новый способ маркировки тканей: вплетая в них волокна со специальной отражающей способностью. Это волокно отражает только определенный инфракрасный свет. В зависимости от длины волны света, которую отражает волокно при сканировании, переработчики будут знать, какой тип ткани представляет собой волокно. По сути, волокно работает как оптический штрих-код для идентификации продукта.

«Наличие способа легко идентифицировать типы тканей и сортировать их по мере поступления может помочь масштабировать процессы переработки. Мы хотим найти способы идентифицировать материалы для другого использования после жизненного цикла одежды», — говорит Эрин Доран. соавтор исследования команды, которое недавно было опубликовано в журнале Advanced Materials Technologies.

Вытягивание ниток

Доран — специалист по текстилю в Центре исследований оборонной ткани (DFDC) в лаборатории Линкольна. Там она работает с исследователями из группы передовых материалов и микросистем над созданием «тканей будущего», объединяя волокна с крошечной электроникой и датчиками.

В Мичиганском университете Брайан Иззи, ведущий автор исследования, изучал способы улучшения возможности переработки текстиля. Его работа в лаборатории Штейна Университета Мичигана сосредоточена на применении фотоники в оптоволоконных устройствах. Одно из таких устройств называется волокном структурного цвета. Это тип фотонного волокна, впервые разработанный в Массачусетском технологическом институте более 20 лет назад исследовательской группой профессора Йоэля Финка. Сегодня это одна из областей специализации DFDC.

«Это волокно действует как идеальное зеркало», — говорит исследователь DFDC Брэдфорд Перкинс, соавтор исследования. «Наслаивая определенные материалы, вы можете спроектировать это зеркало так, чтобы оно отражало волны определенной длины. В этом случае вам нужны отражения на длинах волн, которые выделяются из оптических характеристик других материалов в вашей ткани, которые имеют тенденцию быть темными, потому что обычная ткань материалы поглощают инфракрасное излучение».

Волокно начинается с блока полимера, называемого преформой. Команда тщательно сконструировала заготовку, содержащую более 50 чередующихся слоев акрила и поликарбоната. Затем преформу нагревают и стягивают, как ириску, с вершины башни. Каждый слой в конечном итоге имеет толщину менее микрона и в совокупности дает волокно того же размера, что и обычная пряжа в ткани.

Хотя каждый отдельный слой является прозрачным, сочетание двух материалов отражает и поглощает свет, создавая оптический эффект, который может выглядеть как цвет. Это тот же эффект, который придает крыльям бабочки их насыщенные, мерцающие цвета.

«Крылья бабочки — один из примеров структурного цвета в природе», — говорит соавтор Тайран Ван, также из лаборатории Линкольна. «Если присмотреться к ним очень внимательно, они на самом деле представляют собой оболочку из материала с наноструктурированными узорами, которые рассеивают свет, подобно тому, что мы делаем с волокнами».

Контролируя скорость вытягивания волокон, исследователи могут «настраивать» их так, чтобы они отражали и поглощали определенные периодические диапазоны длин волн, создавая уникальный оптический штрих-код в каждом волокне. Этот штрих-код затем можно присвоить соответствующим типам тканей, например, одному из которых соответствует хлопок, а другому - полиэстеру. Волокна будут вплетены в ткани при их производстве, а затем использованы для изготовления одежды и, в конечном итоге, переработаны.