Phó Tiến sĩ Vật lý và Toán học Svetlana Boriskina, lãnh đạo nhóm
nghiên cứu tại Khoa Cơ khí của MIT cho biết "những túi nhựa làm ô nhiễm
biển, đó là một vấn đề rất lớn. Nhưng khi những túi nhựa đó dễ dàng được
tái chế và nếu có thể chế tạo polyethylene thành giày thể thao hoặc áo
hoodie, việc thu nhặt và tái chế rác thải nhựa sẽ nhanh chóng làm sạch
môi trường".
Hấp thụ nước
Một phân tử polyetylen có xương sống là những nguyên tử cacbon, mỗi
nguyên tử kết nối với hai nguyên tử hydro. Cấu trúc đơn giản, lặp đi lặp
lại tạo thành một kiến trúc bền vững như Teflon, đẩy nước và các phân
tử khác.
Bà Svetlana Boriskina nói: “Polyethylene có thể giữ cho cơ thể mát
mẻ, nhưng sẽ không hấp thụ mồ hôi vì không ưa nước, do đó sẽ không có
chức năng như vải dệt”.
Nhóm nghiên cứu của bà Svetlana Boriskina thử nghiệm chế tạo các loại
sợi dệt may từ polyethylene. Các kỹ sư bắt đầu với polyethylene dạng
bột thô, sử dụng thiết bị sản xuất sợi dệt tiêu chuẩn để nấu chảy và đùn
polyethylene thành những sợi mỏng và dài.
Các nhà khoa học MIT phát hiện được, quá trình ép đùn này làm ôxy hóa
nhẹ vật liệu, thay đổi năng lượng bề mặt của sợi, khiến sợi polyetylen
thấm nước yếu và có thể hấp thụ các phân tử nước lên bề mặt.
Nhóm khoa học đã sử dụng một máy đùn ép tiêu chuẩn thứ hai để bó
nhiều sợi polyetylen tạo thành sợi dệt thông thường. Phát hiện thứ hai
mà các nhà khoa học thấy được là, trong một chùm sợi, khoảng không giữa
các sợi nhỏ tạo thành những mao dẫn, qua đó các phân tử nước bị hấp thụ
thụ động sau khi bám dính vào bề mặt sợi nhỏ.
Để tối ưu hóa khả năng của sợi bện này, nhóm nghiên cứu mô hình hóa
những đặc tính của sợi và nhận thấy rằng, những sợi có đường kính nhất
định, sắp xếp theo các hướng cụ thể trong suốt sợi, làm tăng khả năng
thấm nước của sợi. Căn cứ vào kết quả nghiên cứu, nhóm nhà khoa học chế
tạo được sợi polyethylene với cách sắp xếp và kích thước sợi nhỏ tối ưu,
sau đó sử dụng máy dệt công nghiệp dệt sợi thành vải.
Các nhà khoa học đã kiểm tra khả năng thấm hút của vải polyethylene
so với cotton, nylon và polyester khi nhúng các loại này cùng vào nước,
xác định khả năng thấm ướt, khả năng ngấm nước và thời gian bay hơi một
lượng nước xác định.
Trong mọi thử nghiệm, vải polyethylene thấm nước và làm khô, bay hơi
nhanh hơn các loại vải thông thường khác. Kết quả cũng cho thấy, vải
polyethylene mất đi một phần khả năng hút nước khi nhúng nước nhiều lần,
nhưng chỉ cần vò sát hoặc tiếp xúc với ánh sáng cực tím, vật liệu ưa
nước trở lại.
Chu kỳ sinh thái
Nhóm khoa học cũng tích hợp được màu sắc vào các loại vải polyetylen,
khác hoàn toàn so với vải thông thường do các phân tử vật liệu không
liên kết với các phần tử khác như mực và thuốc nhuộm truyền thống. Nhóm
nghiên cứu thêm các hạt màu vào polyethylene dạng bột trước khi đùn vật
liệu này sợi, các hạt nằm bên trong sợi tạo mầu cho vải.
Đây là phương thức tạo mầu khô hoàn toàn và cuối vòng đời sử dụng,
vải polyethylene có thể được nấu chảy, quay ly tâm và thu hồi lại hạt
mầu để tái sử dụng.
Phó tiến sĩ Svetlana Boriskina nói: “Quy trình sản xuất vải
polyethylene cho dấu chân sinh thái rất nhỏ nêu so sánh với quy trình
sản xuất các loại vải khác, đòi hỏi ít năng lượng. Tổng hợp polyethylene
thô ít khí nhà kính và nhiệt thải hơn so với tổng hợp vật liệu dệt
thông thường như polyester hoặc nylon. Bông cũng cần nhiều đất, phân bón
và nước để phát triển và xử lý bằng nhiều hóa chất độc hại.
Vải polyethylene cũng có tác động môi trường nhỏ hơn, vì cần ít năng
lượng hơn để giặt và làm khô vật liệu so với bông và các loại vải dệt
khác. Nhóm khoa học tin tưởng rằng, trong tương lai, vải polyethylene có
thể được quần áo thể thao nhẹ, làm mát thụ động, trang phục quân đội và
nhiều loại sản phẩm lớn như mành rèm.