Полиэтиленовая нить может заменить спандекс и упростить переработку
Ученые Массачусетского технологического института получили тянущуюся нить из двух совместимых видов полиэтилена. Разработка призвана облегчить переработку спортивной одежды и других вещей, где спандекс сейчас приходится соединять с полиэстером или нейлоном. Эту информацию сообщает издание Известия.
Привычные эластичные ткани собирают из нескольких компонентов. За растяжимость в них отвечает спандекс, то есть полиуретановое волокно, прочностью оно не отличается. Поэтому его дополняют более стойкими материалами, прежде всего полиэстером или нейлоном. Носится такая вещь хорошо, но когда срок службы заканчивается, разобрать ее на исходные составляющие трудно и дорого.
Инженеры MIT предложили обойтись одним химическим семейством. Ядро нити сделали из мягкого сополимера, который тянется, а оболочку — из жесткого полиэтиленового волокна, намотанного спиралью. Гранулы расплавляют примерно при 177 градусах, пропускают через экструдеры и вытягивают в тонкие нити. Сами исследователи сравнивают это с работой машины для спагетти. Разделять компоненты перед переработкой не нужно: материал снова плавят и формуют в волокно либо пускают на пуговицы, пряжки и пластиковые детали. Авторы рассчитывают довести технологию до промышленных катушек.
Главный эффект, по мнению экспертов, в том, что эластичность получена от полимера, который обычно к тянущимся не относят. Об этом «Известиям» рассказала Анна Михайловская, профессор кафедры химических технологий имени профессора А.А. Хархарова Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна. Нить, пояснила она, бикомпонентная: ядро и оболочка состоят из одного полимера, но с разными физическими свойствами. Руководитель направления исследований и консалтинга компании «ЭкоТехнологии» Ольга Стадник обратила внимание, что прочность и растяжимость здесь дают не сшивающие агенты и не дополнительные полимеры, а управление молекулярной архитектурой.
С коммерческой нитью из полиэстера и спандекса опытный образец сравнили напрямую. Растяжимость вышла сопоставимой, а предельная нагрузка перед разрывом оказалась выше. В MIT полагают, что материалом можно будет дополнять легкие эластичные ткани.
От полноценной замены спандекса разработку отделяет ряд вопросов. Полиуретановое волокно удлиняется в пять–семь раз и возвращается к прежним размерам после снятия нагрузки — выдержит ли такую деформацию новая нить на протяжении всего срока службы, пока неясно. Из нити еще предстоит получить ткань или трикотаж. Для белья вместе с полиуретаном берут хлопок или вискозу: они впитывают влагу и приятны на ощупь, а полиэтилен гидрофобен. По мнению Михайловской, первыми областями применения могут стать не одежда и белье, а нетканые материалы для медицины, пищевой промышленности и стройки. Отдельная сложность — окрашивание: с водными красителями полиэтилен почти не взаимодействует, пигмент придется вводить прямо в расплав. Полиэтилену также не хватает стойкости к ультрафиолету, поэтому в состав придется добавлять светостабилизаторы.
Перерабатываемость проверяли на катушке нити: материал плавили и вновь формовали волокно десять раз подряд, каждый раз замеряя механические характеристики. Прочность переработанных образцов оставалась сопоставимой с исходной. Правда, в сообщении MIT уточняется, что из переработанного полиэтилена получали новую прочную внешнюю нить, которую наматывали на свежую эластичную сердцевину, — говорить, будто вся конструкция десять раз превращалась в ту же самую нить, было бы неверно. По словам Стадник, десять циклов без заметной потери прочности — сильный результат для лаборатории, но испытание шло с чистым материалом в контролируемых условиях, а реальные отходы почти всегда загрязнены. Пуговицы, молнии, этикетки и посторонние швейные нити могут изменить молекулярно-массовое распределение: прочность сохранится, а обрывность при прядении вырастет. Красители и добавки при нагреве способны разлагаться с образованием побочных продуктов. Если в эластичную одежду материал больше не годится, из него теоретически выйдет пленка или другое изделие, но это уже переработка с понижением качества, а не замкнутый цикл «одежда в одежду».
Масштаб проблемы велик. Европейское агентство по окружающей среде оценивает объем текстильных отходов в странах ЕС в 2020 году примерно в 6,95 млн т — около 16 кг на человека. Под отдельный сбор для повторного использования и переработки попало лишь 4,4 кг на человека, а 11,6 кг ушли в смешанные коммунальные отходы. Средний уровень раздельного сбора текстиля в Европе составлял порядка 12%. Смешанный состав вещей остается главным технологическим препятствием: при гидролизе или гликолизе образуется сложная смесь из терефталевой кислоты, полиолов и аминов, которую тоже нужно разделять и очищать.
Мономатериальный состав сам по себе переработку не гарантирует. Одежда из полиэтилена, попавшая в поток хлопковых или полиэфирных тканей, испортит вторичное сырье, так что отдельные сбор и сортировка, скорее всего, все равно понадобятся. Для распознавания состава может потребоваться маркировка и автоматизированная сортировка. По данным Associated Press, установленная в Китае автоматизированная система обрабатывает до 100 кг одежды за две–три минуты, а человеку на это нужно примерно четыре часа. Но даже точное определение материала не решает вопроса экономики: отдельный поток появляется при достаточном объеме отходов и стабильном спросе на сырье. Экологический эффект новой нити еще предстоит оценить через анализ жизненного цикла: сколько энергии уходит на изготовление и переплавку, какой остается углеродный след, сколько расходуется воды, как долго служит изделие и образуется ли микропластик.
В России инфраструктура переработки одежды растет, хотя охватывает лишь малую долю отходов. По информации Российского экологического оператора, число предприятий в реестре утилизаторов текстиля выросло с четырех в конце 2024 года до 22 в 2026-м, а заявленная мощность — примерно с 70 тыс. до 274,2 тыс. т в год. Один из крупнейших проектов задействует больше 5,5 тыс. контейнеров, а из собранного сырья делает регенерированную пряжу и рабочие рукавицы. Значительная часть российской переработки пока сводится к механическому измельчению текстиля с получением утеплительных и обтирочных материалов, а также другой технической продукции. Для цепочки «полиэтиленовое волокно — одежда — новое волокно» нужны отдельные мощности: сортировка, мойка, измельчение, плавка и повторное прядение. Стадник считает это вопросом инвестиций, стандартов и объема сырья: при небольшой доле такой одежды на рынке выделять ее в отдельный поток может быть невыгодно. На старте реалистичнее выглядит модель контролируемых поставок спецодежды, а также медицинской и технической продукции, которые одна организация и закупает, и потом собирает.
Многое зависит от того, сохранят ли производители простоту состава готовой вещи. Хлопок ради комфорта, эластан для растяжимости, сложные красители или несовместимая фурнитура снова сделают изделие многокомпонентным и лишат технологию ее главного преимущества.
