單寧酸與銅離子改性漢麻纖維的制備原理及外觀形貌變化。
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近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所南方特色作物遺傳育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)取得新進(jìn)展。
科研人員通過(guò)全綠色、低能耗的功能化改性工藝，將漢麻纖維轉(zhuǎn)化為兼具高效抗菌性與良好機(jī)械性能的多功能新材料。研究顯示，經(jīng)改性后的漢麻纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均超過(guò)99%，在多次標(biāo)準(zhǔn)洗滌后仍能保持穩(wěn)定抗菌效果，這為漢麻纖維在醫(yī)療健康、高端紡織等領(lǐng)域應(yīng)用打開(kāi)了新的可能。
天然“明星材料”的現(xiàn)實(shí)困境
漢麻纖維是一種來(lái)源廣泛、可再生的天然材料，長(zhǎng)期以來(lái)被視為紡織、復(fù)合材料和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的“潛力股”。其吸濕排汗、透氣舒適、抗紫外等性能，使其在服裝和功能性材料中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，漢麻纖維也面臨著難以回避的技術(shù)瓶頸。
“盡管漢麻纖維具有一定的天然抑菌能力，但對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等常見(jiàn)致病菌的抑制效果有限，難以滿足醫(yī)療防護(hù)、高端紡織等對(duì)衛(wèi)生安全要求高的應(yīng)用場(chǎng)景?！敝袊?guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所副研究員常麗說(shuō)，為彌補(bǔ)這一不足，過(guò)去的研究和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中，常采用化學(xué)溶劑處理、物理涂層等方式對(duì)纖維進(jìn)行改性，但這些方法往往伴隨著新的問(wèn)題。
“一方面是環(huán)保性不足，部分改性工藝依賴銀離子或有機(jī)溶劑，與漢麻本身的綠色屬性相悖；另一方面是機(jī)械性能損耗，改性過(guò)程中容易破壞纖維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強(qiáng)度和柔韌性下降。”常麗表示，此前，團(tuán)隊(duì)也曾通過(guò)共價(jià)接枝技術(shù)將季銨鹽抗菌官能團(tuán)引入漢麻纖維，顯著提升了抗菌持久性和耐洗性能，但工藝相對(duì)復(fù)雜，且對(duì)纖維力學(xué)性能仍有一定影響。
因此，如何在不破壞纖維結(jié)構(gòu)的前提下，引入高效、持久且綠色的抗菌功能，成為漢麻纖維邁向高端應(yīng)用的技術(shù)挑戰(zhàn)。
據(jù)科研人員介紹，漢麻纖維在可持續(xù)發(fā)展方面的優(yōu)勢(shì)尤為突出。研究表明，漢麻纖維全生命周期碳排放較棉花低約60%，較化學(xué)纖維低約90%；每畝漢麻年固碳量可超過(guò)1.6噸。在種植環(huán)節(jié)，漢麻耐旱、耐貧瘠，生長(zhǎng)周期僅3—4個(gè)月，基本不需要農(nóng)藥和化肥，用水量?jī)H為棉花的三分之一。
“在應(yīng)用性能上，漢麻纖維的吸濕排汗性是純棉的3倍，透氣性優(yōu)異，抗紫外線能力強(qiáng)，可屏蔽95%以上紫外線，特別適合夏季服裝、運(yùn)動(dòng)裝備及戶外場(chǎng)景?！背｛愓J(rèn)為，如果能夠在保持這些天然優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)綠色手段補(bǔ)齊抗菌短板，漢麻纖維有望在多個(gè)領(lǐng)域替代部分傳統(tǒng)棉纖維和化纖材料，成為推動(dòng)材料體系綠色轉(zhuǎn)型的重要力量。
“功能SPA”新突破
此次研究的關(guān)鍵突破，來(lái)自科研團(tuán)隊(duì)提出的一種被形象稱為“功能SPA”的綠色改性方法。與傳統(tǒng)依賴高溫或化學(xué)溶劑的處理方式不同，這種方法更像是對(duì)漢麻纖維進(jìn)行一次溫和而精準(zhǔn)的“功能護(hù)理”。
研究人員首先利用來(lái)源于植物的單寧酸對(duì)漢麻纖維進(jìn)行預(yù)處理，使其自然附著在纖維表面，形成穩(wěn)定基礎(chǔ)層。隨后引入銅離子，與單寧酸協(xié)同作用，構(gòu)建起牢固而穩(wěn)定的抗菌結(jié)構(gòu)。單寧酸在其中既起到連接作用，又能增強(qiáng)銅離子的穩(wěn)定性，從而避免傳統(tǒng)金屬抗菌材料在使用過(guò)程中容易脫落、效果衰減的問(wèn)題。
整個(gè)改性過(guò)程在水溶液中完成，不需要高溫高壓，也不依賴有機(jī)溶劑或有毒添加劑。所用原料來(lái)源天然、可循環(huán)，工藝條件溫和，對(duì)設(shè)備要求低，可直接對(duì)接現(xiàn)有生產(chǎn)線，在環(huán)保性、能耗和產(chǎn)業(yè)化可行性之間實(shí)現(xiàn)了良好平衡。
在實(shí)現(xiàn)高效抗菌的同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)同樣關(guān)注材料是否“經(jīng)得起使用”。通過(guò)精細(xì)控制反應(yīng)條件，抗菌成分主要作用于纖維表層，避免對(duì)纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷，使材料在獲得新功能的同時(shí)，仍能保持原有的強(qiáng)度和柔韌性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)改性的漢麻纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均超過(guò)99%，在經(jīng)過(guò)50次標(biāo)準(zhǔn)洗滌后，抗菌效果仍能保持在93%以上，而機(jī)械性能基本不受影響。
“我們希望在提升材料性能的同時(shí)，不增加環(huán)境負(fù)擔(dān)。”研究人員表示，這種兼顧功能提升與結(jié)構(gòu)保護(hù)的改性思路，為天然纖維走向高端應(yīng)用提供了一條更綠色、更可持續(xù)的路徑。
多領(lǐng)域應(yīng)用前景可期
常麗認(rèn)為，憑借高效抗菌性、良好生物相容性和綠色低碳屬性，這種新型漢麻纖維在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊前景。例如在高端紡織和醫(yī)療防護(hù)領(lǐng)域，可用于開(kāi)發(fā)抗菌防臭內(nèi)衣、襪子，以及手術(shù)服、醫(yī)用口罩、高吸濕繃帶和傷口敷料等產(chǎn)品，滿足高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)需求，降低感染風(fēng)險(xiǎn)。
在綠色建材和汽車工業(yè)中，漢麻纖維可作為增強(qiáng)材料用于混凝土或汽車內(nèi)飾，不僅提升材料性能，還能降低揮發(fā)性有機(jī)物排放。在環(huán)保包裝和一次性制品領(lǐng)域，其可降解特性有望替代部分塑料制品，成為優(yōu)選抗菌材料。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，該成果不僅為漢麻纖維的高值化利用提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，也為天然纖維功能化和紡織行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型樹(shù)立了新標(biāo)桿。隨著工藝的進(jìn)一步優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，漢麻這一“古老作物”有望在現(xiàn)代材料體系中煥發(fā)出新的生命力。
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