섬유 "바코드"로 오래 지속되는 의류 라벨을 만들 수 있습니다.

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미국에서는 매년 약 1,500만 톤의 직물이 매립되거나 소각됩니다. 1년에 생산되는 직물의 85%에 달하는 이 폐기물은 점점 더 커지는 환경 문제입니다. 2022년 매사추세츠주는 재활용 비율을 높이기 위해 직물을 쓰레기통에 버리는 것을 금지하는 법률을 제정한 최초의 주가 되었습니다.

그러나 직물을 재활용하는 것이 항상 쉬운 것은 아닙니다. 있는 그대로 재판매할 수 없는 제품은 시설로 보내져 원단 유형별로 분류됩니다. 손으로 분류하는 작업은 노동 집약적이며 라벨이 낡거나 없어져 더 어려워집니다. 직물의 화학적 성질을 분석하는 고급 기술은 대부분의 의류를 구성하는 직물 혼방의 재료를 식별할 만큼 정확하지 않은 경우가 많습니다.

이러한 분류 과정을 개선하기 위해 MIT 링컨 연구소(Lincoln Laboratory)와 미시간 대학교(University of Michigan) 팀은 공학적 반사율을 갖춘 섬유를 직물에 직조하여 직물에 라벨을 붙이는 새로운 방법을 제안합니다. 이 섬유는 특정 적외선 아래에서만 반사됩니다. 스캔할 때 섬유가 반사하는 빛의 파장에 따라 재활용업체는 섬유가 어떤 유형의 직물을 나타내는지 알 수 있습니다. 본질적으로 섬유는 제품을 식별하는 광학 바코드처럼 작동합니다.

“직물 유형을 쉽게 식별하고 분류하는 방법이 있으면 재활용 프로세스 규모를 확대하는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리는 의류의 수명 주기 이후에 다른 용도로 사용할 수 있는 재료를 식별하는 방법을 찾고 싶습니다.”라고 최근 Advanced Materials Technologies에 발표된 팀 연구의 공동 저자인 Erin Doran은 말합니다.

실 당기기

Doran은 링컨 연구소의 DFDC(Defense Fabric Discovery Center)의 섬유 전문가입니다. 그곳에서 그녀는 Advanced Materials and Microsystems Group의 연구원들과 협력하여 작은 전자 장치와 센서가 내장된 섬유를 통합하여 "미래의 직물"을 만듭니다.

연구의 주 저자인 미시간 대학의 Brian Iezzi는 직물 재활용성을 향상시키는 방법을 조사하고 있었습니다. U-Michigan의 Shtein Lab에서 그의 연구는 광섬유 기반 장치에 포토닉스를 적용하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 장치 중 하나는 구조적 색 섬유라고 불리는데, 이는 MIT에서 Yoel Fink 교수 연구팀이 20여년 전에 처음 개발한 광 섬유의 일종입니다. 이는 오늘날 DFDC의 전문 분야 중 하나입니다.

해당 연구의 공동 저자이자 DFDC 연구원인 Bradford Perkins는 “이것은 완벽한 거울처럼 작용하는 섬유입니다.”라고 말합니다. “특정 재료를 겹쳐서 특정 파장을 반사하도록 이 거울을 디자인할 수 있습니다. 이 경우, 직물에 있는 다른 재료의 광학적 특성보다 눈에 띄는 파장의 반사를 원할 것입니다. 이는 일반적인 직물 재료가 적외선을 흡수하기 때문에 어두워지는 경향이 있습니다.”

섬유는 프리폼이라고 불리는 폴리머 블록으로 시작됩니다. 팀은 50개 이상의 아크릴과 폴리카보네이트 층이 교대로 포함되도록 프리폼을 신중하게 제작했습니다. 그런 다음 프리폼을 가열하고 타워 꼭대기에서 엿처럼 끌어당깁니다. 각 층의 두께는 1 마이크론 미만이며, 조합하여 직물의 기존 원사와 동일한 크기의 섬유를 생성합니다.

각각의 개별 레이어는 투명하지만 두 소재의 조합은 빛을 반사하고 흡수하여 색상처럼 보일 수 있는 광학 효과를 만들어냅니다. 이는 나비 날개에 풍부하고 반짝이는 색상을 부여하는 것과 동일한 효과입니다.

"나비 날개는 자연의 구조적 색상의 한 예입니다"라고 공동 저자이자 링컨 연구소의 Tairan Wang은 말합니다. "매우 자세히 살펴보면 실제로는 우리가 섬유로 하는 것과 유사하게 빛을 산란시키는 나노구조 패턴을 가진 물질의 껍질입니다."

섬유가 그려지는 속도를 제어함으로써 연구자들은 특정 주기적인 파장 범위를 반사하고 흡수하도록 섬유를 "조정"하여 각 섬유에 고유한 광학 바코드를 생성할 수 있습니다. 그런 다음 이 바코드를 해당 직물 유형에 할당할 수 있습니다. 하나는 면을 상징하고 다른 하나는 폴리에스테르를 상징합니다. 섬유는 직물이 제조될 때 직물로 짜여지고, 의류에 사용되기 전에 최종적으로 재활용됩니다.