近日，国际顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）在线发表了我校木本油料资源利用全国重点实验室于海鹏教授团队，与化学化工与资源利用学院许苗军教授合作完成的研究论文“A circular manufacturing platform for high-performance cellulosic fibers via hydrogen-bond unzipping and rezipping”。该研究提出了一种“拉链式”的氢键操控闭环制造策略，利用低成本的低共熔溶剂（DES）在温和条件下可逆调控纤维素分子间氢键网络，实现了高性能再生纤维素甲酸酯长丝（RCFF）的绿色、可循环生产，为纺织行业提供了一种兼具力学性能、可持续性和经济竞争力的新型生物基纤维解决方案。
当前，再生纤维素纤维的绿色制造面临三大核心瓶颈：其一，传统溶剂体系（如粘胶工艺污染严重，NMMO、离子液体价格昂贵且易降解）成本高昂、回收困难；其二，纺丝过程中纤维素分子链的取向与结晶调控能力有限，导致纤维力学性能难以媲美石油基合成纤维；其三，缺乏闭环设计，溶剂和凝固剂大量消耗、难以高效回用，造成严重的环境负担与资源浪费。针对上述挑战，本研究创新性地利用廉价的氯化钙水合物/甲酸低共熔溶剂作为“分子剪刀”，在45℃下高效解离纤维素氢键并同步实现C6位可控酯化；随后通过乙醇诱导的快速氢键“再拉链”过程，使无序的纤维素分子链重新组装为高度有序、紧密堆积的结晶结构。该策略无需使用有毒化学品或复杂工艺，即可实现高性能纤维素纤维的连续纺丝制备，为生物基纤维的结构调控与绿色制造开辟了新路径。
所制备的RCFF展现出优异的综合性能：拉伸强度达222 MPa，断裂伸长率超过20%，热稳定性高于180℃，力学性能与石油基尼龙纤维相当，优于多种商业化生物基纤维。同时，RCFF具备纺织行业所需的良好回潮率（12.4%）、低导热系数（0.064 W·m⁻¹·K⁻¹）、高光泽度及优异的染色牢度。更为重要的是，该研究构建了完整的闭环循环体系：纺丝溶剂DES和凝固剂乙醇均可通过简单蒸馏高效回收，历经10个循环后回收率仍高于83%，再生纤维强度保持在180 MPa以上；废弃的RCFF纤维或织物可再加工，实现“纤维到纤维”的直接闭环回收。生命周期评估显示，RCFF的全球变暖潜能值较尼龙、黏胶和铜氨纤维分别降低约41%、33%和73%，在酸化、生态毒性等多个环境指标上均显著优于现有商业化纤维。此外，RCFF在自然土壤中70天内即可完全生物降解，而尼龙和聚乳酸纤维几乎无降解。
该研究不仅为纺织行业提供了一种低成本、高性能、可循环的绿色替代方案，也为纤维素材料的分子设计与闭环制造建立了新的范式。
更多新闻