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)新團隊取得新進展。
科研人員通過全綠色、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金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均超過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)用打開了新的可能。
天然“明星材料”的現(xiàn)實困境
漢麻纖維是一種來源廣泛、可再生的天然材料，長期以來被視為紡織、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特優(yōu)勢。然而，在實際應(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，但對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等常見致病菌的抑制效果有限，難以滿足醫(yī)療防護、高端紡織等對衛(wèi)生安全要求高的應(yīng)用場景?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所副研究員常麗說，為彌補這一不足，過去的研究和產(chǎn)業(yè)實踐中，常采用化學(xué)溶劑處理、物理涂層等方式對纖維進行改性，但這些方法往往伴隨著新的問題。
“一方面是環(huán)保性不足，部分改性工藝依賴銀離子或有機溶劑，與漢麻本身的綠色屬性相悖；另一方面是機械性能損耗，改性過程中容易破壞纖維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強度和柔韌性下降。”常麗表示，此前，團隊也曾通過共價接枝技術(shù)將季銨鹽抗菌官能團引入漢麻纖維，顯著提升了抗菌持久性和耐洗性能，但工藝相對復(fù)雜，且對纖維力學(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1.6噸。在種植環(huán)節(jié)，漢麻耐旱、耐貧瘠，生長周期僅3—4個月，基本不需要農(nóng)藥和化肥，用水量僅為棉花的三分之一。
“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，可屏蔽95%以上紫外線，特別適合夏季服裝、運動裝備及戶外場景。”常麗認(rèn)為，如果能夠在保持這些天然優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，通過綠色手段補齊抗菌短板，漢麻纖維有望在多個領(lǐng)域替代部分傳統(tǒng)棉纖維和化纖材料，成為推動材料體系綠色轉(zhuǎn)型的重要力量。
“功能SPA”新突破
此次研究的關(guān)鍵突破，來自科研團隊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，這種方法更像是對漢麻纖維進行一次溫和而精準(zhǔn)的“功能護理”。
研究人員首先利用來源于植物的單寧酸對漢麻纖維進行預(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程中容易脫落、效果衰減的問題。
整個改性過程在水溶液中完成，不需要高溫高壓，也不依賴有機溶劑或有毒添加劑。所用原料來源天然、可循環(huán)，工藝條件溫和，對設(shè)備要求低，可直接對接現(xiàn)有生產(chǎn)線，在環(huán)保性、能耗和產(chǎn)業(yè)化可行性之間實現(xiàn)了良好平衡。
在實現(xiàn)高效抗菌的同時，研究團隊同樣關(guān)注材料是否“經(jīng)得起使用”。通過精細(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，仍能保持原有的強度和柔韌性。
實驗結(jié)果顯示，經(jīng)改性的漢麻纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均超過99%，在經(jīng)過50次標(biāo)準(zhǔn)洗滌后，抗菌效果仍能保持在93%以上，而機械性能基本不受影響。
“我們希望在提升材料性能的同時，不增加環(huán)境負(fù)擔(dān)?！毖芯咳藛T表示，這種兼顧功能提升與結(jié)構(gòu)保護的改性思路，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領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊前景。例如在高端紡織和醫(yī)療防護領(lǐng)域，可用于開發(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。
在綠色建材和汽車工業(yè)中，漢麻纖維可作為增強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)型樹立了新標(biāo)桿。隨著工藝的進一步優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化推進，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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