Nieuw textiel: lekker warm én koel

Techniek Doordat de doorlaatbaarheid voor infrarood zich aanpast is dit nieuwe metatextiel geschikt voor warm en koud weer.

Deze lap metatextiel kan de drager koelen én warm houden.
Deze lap metatextiel kan de drager koelen én warm houden. M. Li/S. Deng/Y.H. Wang/Univ. of Maryland en Faye Levine/Univ. of Maryland

Er zijn ‘slimme’ stoffen die sporters koel houden en er zijn stoffen die sneeuwwandelaars warm houden. Nu is er voor het eerst een materiaal gemaakt dat allebei kan. De stof, ontwikkeld door Amerikaanse onderzoekers, isoleert als je huid droog en koud is en voert warmte af als je huid zweterig en warm is. Dat betekent: nooit meer lagen kleding uittrekken als je tijdens een flinke wandeling opwarmt. Of iets extra’s aantrekken wanneer je het koud krijgt achter je bureau. Dit nieuwe textiel – waarover donderdag een artikel verscheen in Science – past zich vanzelf aan je lichaamstemperatuur aan.

Lichaamswarmte wordt grotendeels uitgestraald in de vorm van infraroodstraling. Daarom lichten we in het donker op op infraroodcamera’s. Om af te koelen of warm te blijven, zou het efficiënt zijn om die straling actief vast te houden of juist door te laten. Maar de meeste kleding is niet in staat de doorlaatbaarheid van infraroodstraling aan te passen als de temperatuur stijgt of daalt.

Het nieuwe, zogenoemde metatextiel, kan dit wel. Het laat meer of minder infraroodstraling door afhankelijk van de vochtigheid (zweet) en temperatuur. Dit gaat vanzelf. Er is geen batterij of andere energiebron nodig.

Detailopname van de vezels in het metatextiel.

De basis van het nieuwe textiel bestaat uit vezels van de kunststof cellulosetriacetaat. Dit wordt al gebruikt voor ventilerende (‘ademende’) sportkleding. Het cellulose in de vezels is hydrofiel: het neemt gemakkelijk water op. Het triacetaat is hydrofoob: het stoot water af. Deze combinatie zorgt ervoor dat de vezels kromtrekken als ze vochtig worden. Daardoor komen ze dichter bij elkaar te liggen. De draden die uit deze vezels bestaan worden daardoor dunner en er ontstaan meer openingen (poriën) in de stof. Zo kan de warmte naar buiten en koelt de huid. Als de stof droog is staan de vezels uit elkaar, zijn de draden dikker en wordt de warmte binnengehouden.

Dit ventileren helpt een beetje om de temperatuur te controleren. Maar bij het nieuwe metatextiel wordt de grootste winst behaald door de doorlaatbaarheid van de infraroodstraling te controleren. Om dit te bereiken hebben de onderzoekers de vezels bedekt met een laagje koolstofnanobuisjes. Dit zijn minuscule, holle buisjes van koolstof, die elektriciteit kunnen geleiden, flexibel zijn en weinig wegen.

Als de metavezels nat worden komen ze dicht bij elkaar te liggen door kromtrekkend cellulosetriacetaat. Daardoor komen ook de geleidende koolstofbuisjes dichter bij elkaar. Dat zorgt ervoor dat ze anders reageren op infraroodstraling.

„Je kunt het vergelijken met radioantennes”, zegt YuHuang Wang, hoogleraar aan de University of Maryland, in een persbericht. Die ontvangen los van elkaar elk een bepaalde radiofrequentie. „Als je die twee antennes vervolgens dicht bij elkaar brengt, dan vangen ze samen een andere frequentie op.” Zo reageren de metavezels ook anders op de warmtestraling als ze dicht bij elkaar zitten dan wanneer er meer ruimte tussen zit.

De structuur van het laagje koolstofbuisjes is zo gekozen dat ze infraroodstraling blokkeren als de vezels ver bij elkaar vandaan zijn en de straling doorlaten als ze dicht tegen elkaar aan liggen.

Warm en vochtig

Als de metavezels warm en vochtig worden, komen ze dus dichter tegen elkaar aan te liggen waardoor er niet alleen meer ruimte is voor ventilatie, maar ook meer warme infraroodstraling kan ontsnappen. Deze veranderingen in de metavezels gaan snel en zijn kleinschalig. Ze vervormen het kledingstuk niet zichtbaar. Je collega’s kunnen dus niet aan je shirt zien of je het warm of koud hebt.

En als het regent? Door het vocht zal het textiel gaan ‘koelen’. „Je hebt dus een extra kledinglaag nodig om de regen tegen te houden”, mailt Wang.

Voor het experiment breiden de onderzoekers een witte lap van een halve vierkante meter groot. Hiervoor werden eerst bundeltjes metavezels samengevoegd tot draden waarmee gebreid kan worden. Een klein stukje stof werd getest door er met infraroodstraling op te schijnen. Bij een luchtvochtigheid van 80 procent liet het metatextiel tot 35 procent meer infraroodstraling door dan een lapje polyester.

De onderzoekers hebben ook aangetoond dat het metatextiel prima gewassen en geverfd kan worden. Na twintig wasbeurten werkte het nog naar behoren en dat was ook zo als het fluorescerend roze, geel of oranje werd geverfd.

Het metatextiel is nog niet getest voor gebruik als kleding. Daarvoor moet de veiligheid nog uitgebreider getest worden. Het zal nog jaren duren voordat er metashirtjes in de winkel hangen.

Correctie 8 februari: in een eerdere versie van dit artikel stond dat de lap metatextiel gevlochten is. Dat klopt niet. De lap is gebreid.

    • Dorine Schenk