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 расширить 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 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 создать зеркало, отражающее волны определенной длины. В этом случае вам понадобятся отражения на длинах волн, которые выделяются на фоне оптических характеристик других материалов вашей ткани, которые имеют тенденцию быть темными, поскольку обычные тканевые 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 «настроить» 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.