Eine neue Technik könnte wasserdichte Beschichtungen für Kleidung aus weggeworfenen Textilien herstellen – weitaus sicherer für Mensch und Umwelt als aktuelle Beschichtungen, die typischerweise mit aggressiven Chemikalien und Karzinogenen hergestellt werden.
Eine Cornell-Forschungsgruppe unter der Leitung von Juan Hinestroza, Rebecca Q Morgan ’60-Professor für Faserwissenschaft und Bekleidungsdesign am College of Human Ecology (CHE), entwickelte die Niedertemperaturtechnik zur Synthese superhydrophober (wasserdichter) Beschichtungen.
„Wenn wir ein Kleidungsstück davor bewahren können, auf der Mülldeponie zu landen, wäre das ein Erfolg“, sagte Hinestroza und wies darauf hin, dass die Amerikaner jedes Jahr zwischen 80 und 100 Pfund Kleidung pro Person wegwerfen.
Das in der Beschichtung der Gruppe verwendete metallorganische Gerüst (MOF) kann bei Raumtemperatur unter Verwendung umweltfreundlicherer Lösungsmittel (Wasser und Ethanol) synthetisiert werden und kann ohne Trennung oder Reinigung der weggeworfenen Textilien, beides energieintensive Prozesse, hergestellt werden.
Yelin Ko, Doktorandin im Bereich Faserwissenschaft, ist die Erstautorin von „UiO-66 Inspired Superhydrophobic Coatings Fabricated from Discarded Polyester/Spandex Textiles“. veröffentlicht In ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen. Hinestroza ist leitender Autor; Tamer Uyar, außerordentlicher Professor für Faserwissenschaften am Department of Human Centered Design (CHE), ist der andere Co-Autor.
Diese Forschung ist eine Erweiterung der im Jahr 2023 veröffentlichten Arbeit, die zeigt, dass alte Kleidung chemisch zerlegt werden könnte, um Polyesterverbindungen wiederzuverwenden und MOF-Partikel mit potenziellen Anwendungen in den Bereichen Feuerbeständigkeit, antibakterielle Eigenschaften oder Knitterfestigkeit zu erzeugen. Das neue Werk greift diesen Proof of Concept auf und wendet ihn direkt an.
In dieser Arbeit wurden metallorganische Gerüste – einzigartige Strukturen, die in den 1990er Jahren von dem Chemiker Omar Yaghi entwickelt wurden, mit dem Hinestroza Ende der 2000er Jahre im Rahmen eines Stipendiums des Verteidigungsministeriums zusammenarbeitete – synthetisiert, indem weggeworfene Polyestertextilien chemisch in eine heterogene Suppe zerlegt wurden, die Moleküle enthielt Polyester und seine Monomere, Farbstoffe, Zusatzstoffe und Schmutz, der normalerweise mit gebrauchter Kleidung verbunden ist.
Die Forscher setzten ausrangierte Stoffe einem alkalischen Depolymerisationsprozess aus, um Dinatriumterephthalat herzustellen, einen bekannten Linker für die Synthese von UiO-66, einem beliebten MOF. Sie führten Experimente mit unterschiedlichen Mengen Ethanol durch und fanden heraus, dass UiO-66 – montiert auf einem Polyester- und Spandex-Substrat – mit einer kleinen Menge Ethanol ein superhydrophobes Verhalten zeigte.
Die Gruppe fand heraus, dass die Spandexfragmente die ansonsten hydrophile MOF-Struktur modifizierten und sie hydrophob machten. Darüber hinaus wurde das UiO-66-Material wiederholtem Waschen und Abrieb unterzogen und behielt seine Wasserbeständigkeit bei.
Die Gruppe sagte, diese Technologie sei eine Möglichkeit, die weltweite Abhängigkeit von schädlichen Chemikalien bei der Textilherstellung zu verringern.
„Wir müssen Alternativen zu fluorierten Lacken finden, die auch als ‚ewige Chemikalien‘ bekannt sind“, sagte Uyar. „Diese Studie zeigt, wie wir funktionelle Ausrüstungen, einschließlich wasserabweisender und selbstreinigender Eigenschaften, durch Upcycling von Textilabfällen erreichen können, anstatt auf ‚ewige Chemikalien‘ zu setzen.“
Der „Upcycling“-Aspekt dieser Arbeit sei das Wichtigste, sagte Hinestroza.
„Es ist sehr einfach, den Marken oder den Produzenten die Schuld zu geben, aber am Ende werden sie nicht produzieren, wenn man nicht konsumiert“, sagte er. „Und was nicht verbraucht wird, wird weggeworfen. Und wir wollen glauben, dass das Problem in unseren Mülltonnen endet, aber das ist nicht der Fall.“
Weitere Informationen:
Yelin Ko et al., UiO-66 inspirierte superhydrophobe Beschichtungen, hergestellt aus weggeworfenen Polyester-/Spandex-Textilien, ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c10459