Leer is een steeds groter wordende miljardenindustrie die jaarlijks meer dan 3,8 miljard runderen nodig heeft - gelijk aan één op elke twee mensen op aarde - om de productie in stand te houden. En terwijl de producten - kleding, schoenen, meubels en meer - kunnen behoorlijk elegant en duurzaam zijn, de milieu-impact van de leerproductie is ernstig geweest, leidt tot ontbossing, overmatig gebruik van water en land, milieuvervuiling, en de uitstoot van broeikasgassen.

Onderzoekers van de Tufts University School of Engineering gingen op zoek naar een alternatief voor leer, met vergelijkbare textuur, flexibiliteit en stijfheid, maar gericht op materialen die duurzaam zijn, niet giftig, en vriendelijk voor het milieu. Het blijkt, we hebben dat materiaal altijd al gedragen - het is zijde, maar in plaats van de zijde tot stof te weven, de Tufts-ingenieurs waren in staat om de vezels van cocons van zijderupsen af ​​te breken tot hun eiwitcomponenten, en hergebruik de eiwitten om het leerachtige materiaal te vormen. Het proces voor het maken van leer op zijdebasis wordt beschreven in een studie die in het tijdschrift is gepubliceerd Materialen &Ontwerp .

Het op zijde gebaseerde leer kan in verschillende patronen en texturen worden bedrukt, heeft vergelijkbare fysieke eigenschappen als echt leer, en kan het vouwen weerstaan, doordringend, en rekken die doorgaans worden gebruikt om lederwaren te maken, inclusief de mogelijkheid om stukken materiaal aan elkaar te naaien en hardware zoals klinknagels, doorvoertules, handgrepen en sluitingen.

"Ons werk is gericht op het gebruik van natuurlijk afgeleide materialen die het gebruik van giftige chemicaliën minimaliseren en tegelijkertijd de materiaalprestaties behouden om alternatieven te bieden voor producten die tegenwoordig algemeen en veel worden gebruikt, " zei Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble Professor of Engineering aan de Tufts School of Engineering, directeur van het Tufts Silklab waar het materiaal is gemaakt, en corresponderend auteur van de studie. "Door zijde te gebruiken, evenals cellulose uit textiel- en landbouwafval en chitosan uit schelpdierafval, en alle relatief zachte chemicaliën die werden gebruikt om ze te combineren, we boeken vooruitgang in de richting van dit doel."

Er is natuurlijk al een bestaande portfolio van alternatieve leersoorten ontwikkeld door de industrie en de onderzoeksgemeenschap, met een focus op het gebruik van agrarische bijproducten of geregenereerde materialen die een verminderde impact hebben op het milieu en het houden van dieren. Deze omvatten leerachtige materialen gemaakt van petroleum (polyurethaanleer of 'pleather'), boomschors, ananasschillen, plantaardige oliën, rubber, schimmels, en zelfs van cellulose en collageen geproduceerd door bacterieculturen.

Het op zijde gebaseerde leer dat bij Tufts wordt gemaakt, biedt een aantal unieke voordelen voor al deze benaderingen. Behalve dat het is afgeleid van het oplossen van zijdevezels, productie is op waterbasis, alleen milde chemicaliën gebruiken, uitgevoerd bij kamertemperatuur, en het produceren van voornamelijk niet-giftig afval. Het materiaal van zijdeleer kan worden vervaardigd met behulp van geautomatiseerde 3D-lagen met de mogelijkheid om regelmatige micropatronen te creëren die de sterkte en flexibiliteit van het materiaal kunnen afstemmen, print macropatronen voor esthetiek (bijv. een mandenpatroon) en niet-reguliere geometrische patronen om de oppervlaktetextuur van echt leer na te bootsen. De resulterende materialen, zoals leer, zijn sterk, zacht, buigzaam, en duurzaam, en zoals natuurlijk leer, ze zijn biologisch afbreekbaar zodra ze in de afvalstroom terechtkomen.

In feite, de producten van zijdeleer kunnen opnieuw worden opgelost en geregenereerd tot gelachtig materiaal om opnieuw te worden gedrukt in nieuwe producten

Het proces van het maken van het zijdeleer begint met zijdevezels die veel worden gebruikt in de textielindustrie. Deze vezels zijn gemaakt van zijde-fibroïne-eiwitpolymeren, en ze kunnen worden afgebroken tot de afzonderlijke eiwitcomponenten in een slurry op waterbasis. Een basislaag van chitosan met een niet-giftige weekmaker, glycerol en kleurstof, wordt door extrusie door een mondstuk met kleine boring op een oppervlak gedrukt om flexibiliteit en sterkte aan het materiaal te geven. Chitosan is zelf afgeleid van natuurlijke bronnen zoals de schelpen van krabben, kreeften en garnalen. Bovenop de basislaag wordt een laag zijdefibroïne gecombineerd met weekmaker en een verdikkingsmiddel (van plantaardige gom) gedrukt.

Het extruderen van de fibroïneslurry door het printermondstuk creëert afschuifkrachten die kunnen bijdragen aan het rangschikken van de eiwitten op een manier die het materiaal versterkt, waardoor het taai is in plaats van broos, en bootst de natuurlijke extrusie na die optreedt in de zijdeklier van een worm of spin. Het veranderen van het gedrukte patroon van de zijdelaag kan een scala aan uiterlijk geven, afstembare sterke punten en andere fysieke kwaliteiten.

De afdrukmethode, ook wel aangeduid als "additive manufacturing" staat bekend als zeer conservatief in het gebruik van geproduceerde materialen en afval in vergelijking met andere methoden zoals spuitgieten of subtractieve fabricage (zoals snijden of scheren uit een blok).

Het Silklab at Tufts heeft een breed scala aan andere producten ontwikkeld van zijde, van implanteerbare medische apparaten tot architecturale materialen die de omgeving kunnen voelen en erop reageren door van kleur te veranderen. In feite, veel van de technologie die in het laboratorium is ontwikkeld om de zijde-eiwitten te derivatiseren, kan worden toegepast op het op zijde gebaseerde leer, inclusief het vastmaken en inbedden van moleculen die de omgeving kunnen voelen en erop reageren.

"Dat is het voordeel van het gebruik van zijde-eiwit ten opzichte van andere methoden - het heeft een gevestigde, veelzijdige chemie die we kunnen gebruiken om de kwaliteiten van het materiaal af te stemmen en slimme elementen in te bedden zoals het waarnemen van moleculen, " zei Laia Mogas-Soldevila, voormalig research fellow in het Silklab, momenteel assistent-professor Architectuur aan de Stuart Weitzman School of Design van de Universiteit van Pennsylvania en eerste auteur van de studie. "Dus hoewel er veel opties zijn voor leerachtige materialen, leer op zijdebasis heeft het potentieel om het meest geschikt te zijn voor innovatieve ontwerpen."