每年丟棄的9200萬(wàn)噸服裝和其他紡織品中只有不到15%被回收——部分原因是它們很難分類。由密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的用廉價(jià)光子纖維制成的織入標(biāo)簽可以改變這種情況。
“這就像一個(gè)直接織在衣服面料上的條形碼，”U-M大學(xué)材料科學(xué)與工程教授、《先進(jìn)材料技術(shù)》研究通訊作者M(jìn)ax Shtein說?！拔覀兛梢远ㄖ评w維的光子屬性，使其肉眼可見，僅在近紅外光或任何組合下可讀?！?/span>
普通的標(biāo)簽通常不會(huì)持續(xù)到一件衣服的壽命結(jié)束——它們可能會(huì)被剪掉或清洗到難以辨認(rèn)，而無(wú)標(biāo)簽的信息可能會(huì)逐漸消失。如果將標(biāo)簽織入織物中，回收可能會(huì)更有效，直到需要讀取時(shí)才可見。這就是新纖維能做的。
回收商已經(jīng)使用近紅外分揀系統(tǒng)，根據(jù)自然產(chǎn)生的光學(xué)特征識(shí)別不同的材料——例如，水瓶中的PET塑料在近紅外光下看起來(lái)與牛奶罐中的HDPE塑料不同。不同的織物也有不同的光學(xué)特征，但Shtein實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員兼該研究的主要作者Brian Iezzi解釋說，由于混紡織物的流行，這些光學(xué)特征對(duì)回收者的用處有限。
“對(duì)于一個(gè)真正的循環(huán)回收系統(tǒng)來(lái)說，知道一種織物的精確成分是很重要的——一個(gè)棉花回收者不想為一件70%由聚酯制成的衣服付錢，”Iezzi說。"自然的光學(xué)信號(hào)無(wú)法提供那樣的精確度，但是我們的光子纖維可以。"
Brian Iezzi掃描并測(cè)量了他開發(fā)的織物中的光子纖維
該團(tuán)隊(duì)將Iezzi和Shtein的光子專業(yè)知識(shí)(通常應(yīng)用于顯示器、太陽(yáng)能電池和濾光器等產(chǎn)品)與麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)紡織能力相結(jié)合，開發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)。該實(shí)驗(yàn)室致力于將光子特性融入到與大規(guī)模生產(chǎn)兼容的過程中。
他們從預(yù)制件開始完成這項(xiàng)任務(wù)，預(yù)制件是一種塑料原料，由幾十個(gè)交替的層組成。在這種情況下，他們使用丙烯酸和聚碳酸酯。雖然每個(gè)單獨(dú)的層都是透明的，但兩種材料的組合會(huì)彎曲和折射光線，從而產(chǎn)生看起來(lái)像顏色的光學(xué)效果。這和蝴蝶翅膀發(fā)光的基本現(xiàn)象是一樣的。
預(yù)制件被加熱，然后被機(jī)械拉伸——有點(diǎn)像太妃糖——成一根頭發(fā)絲般細(xì)的纖維。雖然制造工藝方法不同于用于制造聚酯等傳統(tǒng)合成纖維的擠出技術(shù)，但它可以生產(chǎn)相同長(zhǎng)度的纖維。這些線可以用紡織制造商已經(jīng)使用過的設(shè)備進(jìn)行加工。
化學(xué)工程教授Max Shtein和材料科學(xué)與工程系博士后研究員Brian Iezzi在密歇根州安阿伯市密歇根大學(xué)北校區(qū)研究中心分析了將光子纖維織入其中的織物。
通過調(diào)整材料的混合和拉伸預(yù)制棒的速度，研究人員調(diào)整了纖維，以產(chǎn)生所需的光學(xué)特性并確保可回收性。雖然光子纖維比傳統(tǒng)紡織品更貴，但研究人員估計(jì)，這只會(huì)導(dǎo)致成品成本的小幅增加。
“光子纖維只需要占很小的比例——只占成品服裝的1%，”Iezzi說?！斑@可能會(huì)使成品的成本增加約25美分——類似于我們都熟悉的那些使用和護(hù)理標(biāo)簽的成本。”
Shtein說，除了使回收更容易，光子標(biāo)簽還可以用來(lái)告訴消費(fèi)者商品是在哪里以及如何制造的，甚至可以驗(yàn)證名牌產(chǎn)品的真實(shí)性。這可能是為客戶增加重要價(jià)值的一種方式。
“隨著手機(jī)等電子設(shè)備變得越來(lái)越復(fù)雜，它們可能有能力讀取這種光子標(biāo)簽，”Shtein說?！耙虼?，我可以想象未來(lái)織入標(biāo)簽對(duì)消費(fèi)者和回收者來(lái)說都是一項(xiàng)有用的功能。”
Brian Iezzi為一幅模擬掃描光子纖維織物的肖像擺姿勢(shì)，這是他用手機(jī)開發(fā)的。在未來(lái)，人們將能夠用他們的手機(jī)讀取用廉價(jià)光子纖維織成的衣服標(biāo)簽。
該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)申請(qǐng)了專利保護(hù)，并正在評(píng)估推進(jìn)該技術(shù)商業(yè)化的方法。
這項(xiàng)研究得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和負(fù)責(zé)研究和工程的國(guó)防部副部長(zhǎng)的支持。
消息來(lái)源：University of Michigan
