Decolorization of cellulose-based post-consumer textile waste in a sequence involving sodium hydroxide, chlorine dioxide, and hydrogen peroxide

Ogni anno, il mondo scarta montagne di abbigliamento. Gran parte di questo rifiuto finisce in discarica o viene bruciata, un destino che diventa sempre più difficile da accettare mentre l'industria della moda produce più capi che mai. Una soluzione promettente risiede nel trasformare questi vecchi vestiti in nuovi, un processo noto come riciclo fibra-su-fibra. Tuttavia, questo sogno circolare deve affrontare un ostacolo ostinato: il colore. La maggior parte dei tessuti scartati è un mix caotico di tessuti tinti in innumerevoli sfumature e, per renderli nuovamente utili, quel colore deve essere rimosso. La sfida non è solo rimuovere il colorante, ma farlo senza distruggere il tessuto stesso. Il materiale al centro di questo enigma è la cellulosa, la fibra naturale presente nel cotone e nelle fibre rigenerate utilizzate nella viscosa. Queste fibre sono lunghe catene di molecole che conferiscono forza al tessuto, ma sono anche delicate; gli stessi prodotti chimici necessari per sbiancare il colorante possono talvolta spezzare queste catene, trasformando un filo resistente in una poltiglia debole e inutile.

I ricercatori di Nouryon, un'azienda chimica in Svezia, si sono posti l'obiettivo di risolvere questo equilibrio delicato. Si sono concentrati su un tipo specifico di rifiuto: una miscela di capi post-consumo in cotone e viscosa che erano stati selezionati, sminuzzati e preparati per il trattamento. Il loro obiettivo era trovare una sequenza di passaggi chimici che potesse lavare via il colore da questi tessuti misti mantenendo al contempo intatte le fibre, affinché potessero essere filate in nuovo filato. Hanno testato un processo in tre fasi che prevede l'idrossido di sodio, il biossido di cloro e il perossido di idrogeno. Il primo passaggio, utilizzando l'idrossido di sodio, agisce come un sapone forte che aiuta a staccare il colorante dalle fibre. Il secondo passaggio introduce il biossido di cloro, un potente agente sbiancante, e l'ultimo passaggio utilizza il perossido di idrogeno per completare il lavoro e schiarire il materiale. I ricercatori hanno scoperto che questa combinazione poteva trasformare un rifiuto scuro e di colori misti in un materiale luminoso e pulito, ma le condizioni esatte di ogni fase contavano immensamente.

Il viaggio è iniziato con il trattamento alcalino. Quando i ricercatori hanno trattato il tessuto sminuzzato con l'idrossido di sodio ad alte temperature, il colore ha iniziato a sollevarsi. Hanno scoperto che aggiungere una quantità specifica di prodotto chimico — 150 chilogrammi per ogni tonnellata di tessuto — era sufficiente per rimuovere una parte significativa del colorante senza causare danni eccessivi. Questo lavaggio iniziale ha aumentato la brillantezza del cotone da un spento 10 percento a circa il 40 percento, e quella della viscosa dal 7 percento a quasi il 50 percento. Il liquido che drenava durante questa fase era scuro a causa dei coloranti rimossi, dimostrando che il colore veniva separato con successo dalle fibre. Fondamentalmente, i ricercatori hanno osservato che, sebbene le fibre di cotone perdessero parte della loro forza interna durante questo processo, le fibre di viscosa rimanevano sorprendentemente stabili, mantenendo la loro struttura anche sotto l'assalto chimico.

Successivamente è arrivata la fase del biossido di cloro, che ha svolto il lavoro pesante per rimuovere il colore rimanente. I ricercatori hanno regolato l'acidità dell'acqua in questo passaggio, scoprendo che un ambiente leggermente acido era il punto di equilibrio ideale. A questo livello, il biossido di cloro ha rimosso il resto del colorante, portando la brillantezza del cotone al 74 percento e quella della viscosa al 77 percento. Questa fase è stata particolarmente importante perché ha permesso al team di controllare la resistenza delle fibre. Regolando finemente l'acidità, potevano impedire al prodotto chimico di decomporre le catene di cellulosa in modo troppo aggressivo. Ciò significava che potevano mirare a un livello specifico di resistenza della fibra, assicurando che il materiale fosse abbastanza robusto per usi futuri. Il processo è stato così efficace che il prodotto finale appariva come un foglio di carta bianco e pulito, un netto contrasto con gli scarti colorati e aggrovigliati che hanno dato inizio al processo.

L'ultimo passaggio ha coinvolto il perossido di idrogeno, un comune agente sbiancante, ma con un tocco particolare. I ricercatori hanno aggiunto il magnesio alla miscela, una mossa che ha agito come stabilizzatore. In assenza di magnesio, il perossido di idrogeno può talvolta diventare troppo aggressivo, decomponendo le fibre e rilasciando rifiuti organici nell'acqua. Con la presenza del magnesio, lo sbiancamento è diventato più controllato. Le fibre hanno mantenuto gran parte della loro forza originale e la quantità di materiale organico disciolto nelle acque reflue è diminuita significamente. Questa è stata una scoperta fondamentale, poiché ha dimostrato che il processo poteva essere reso più pulito ed efficiente. Il magnesio non ha reso il tessuto più bianco di quanto lo sarebbe stato senza di esso, ma ha protetto l'integrità del tessuto e ridotto l'impatto ambientale del trattamento.

Durante tutto l'esperimento, il team ha anche esaminato attentamente ciò che rimaneva nel prodotto finale. Hanno scoperto che alcune fibre colorate persistevano, ma quando hanno analizzato questi frammenti ostinati, hanno scoperto che non erano affatto cotone o viscosa. Erano invece poliestere, probabilmente derivante dai fili utilizzati per cucire i capi originali. Questa contaminazione è un problema noto nel riciclo, poiché il poliestere non si dissolve allo stesso modo della cellulosa. I ricercatori hanno osservato che, sebbene questo sia un ostacolo, è uno che può essere gestito con migliori tecniche di smistamento o separazione prima che inizi il processo di sbiancamento. Lo studio si è concluso affermando che la sequenza in tre fasi era una via percorribile. Ha trasformato con successo un complesso flusso di rifiuti misti in una materia prima luminosa e di alta qualità, dimostrando che il colore dei nostri abiti scartati non deve necessariamente rappresentare la fine della loro storia.