非织造材料的“野望”

　　作为纺织工业中最年轻而最有发展前途的一个新兴领域，非织造材料在我国的起步较晚，但发展十分迅速。初期的非织造材料主要应用在服装行业，随着经济发展和科学进步，非织造材料的新产品、新技术层出不穷，日新月异，应用范围已扩展到卫生、医疗、土木、汽车、过滤、农业等产业领域。

　　2022年，我国产业用纺织品行业纤维加工总量已达1960.1万吨，非织造布产量为813.5万吨。同年，尿裤、卫生巾、成人失禁用品出口达30亿美元。以擦拭材料为例，作为非织造布的重要应用领域，近10年擦拭市场的年均增长率在15％左右，2022年我国擦拭材料消耗的非织造布约80万吨，是名副其实的非织造大国。

　　中国非织造布行业发展关键在于创新，新材料、新技术、新产品的落地应用需要大量的实践和经验积累，这离不开产业界和科研界的共同努力。在前不久召开的第二届东华大学非织博导博士论坛上，我们看到了许多令人耳目一新的创新技术和应用，从中也许能一窥非织造材料发展的“野望”。

　　可冲散湿厕纸

　　关于真正的湿厕纸的概念，很多人可能还不太明晰。东华大学靳向煜教授在“木浆基湿法非织造可冲散湿厕纸特征及性能研究”中，分享了湿厕纸的准确定义、发展情况以及当前采用的主要工艺。湿厕纸应该满足三大条件：可分散、可冲散、可降解，三者缺一不可。可分散性是指湿厕纸受水流场剪切力作用而发生瓦解的能力。可冲散性湿厕纸则意味着以天然纤维材料制成的浆粕和再生纤维素纤维为主要原料，经湿法成网、并经水刺固结的湿厕纸可直接丢入马桶内，在水力的冲击作用下被分散，最终由微生物降解。

　　湿厕纸最初发展，是为了满足妇女生理周期以及男性痔疮护理需求。随着应用范围的扩大，人们对使用安全性、环保性也提出了更高要求。目前，湿厕纸大多采用吸收性纤维，如木浆、粘胶、莱赛尔纤维和棉纤维。国内最常用的生产工艺是湿法水刺，国外用的较多的则是气流成网工艺。

　　靳教授介绍，通过平网水刺和铺网+转鼓水刺以及相关的整理方法，可赋予产品较高的干/湿强度、优良的柔软性、掉毛少或不掉毛，还可以赋予湿厕纸不同的性能、外观。他带领团队还对不同工艺、纤维组合条件下的湿厕纸样品在不同阶段的分散瓦解情况进行了分析和数据采集，并考察了纤维分散性与缠绕性将怎样取得平衡与共存，为湿厕纸的工艺开发与优化提供了指导。

　　近年来，湿厕纸用非织造材料呈持续增长，擦拭巾市场需求也因持续的产业化和个人护理需求而进一步增长。十四五期间，纺织工业科技发展的重要目标是，生物可降解绿色纤维产量年均增长10%，这将激发可降解擦拭材料的巨大发展潜力。

　　人工胰腺

　　一批年轻科学家正致力于让非织造材料进入更多高科技领域，为人们带来更高价值。东华大学刘万军教授围绕“纤维基人工胰腺研究进展”，从“高效分子输运组织工程支架、核壳结构水凝胶纤维人工胰腺、纤维基三维人工胰腺”三个方面着手，为人们打开了非织造材料进入人体植入器械这一高端领域的视野。

　　针对糖尿病患者，临床上除了打胰岛素或吃降糖药，还会在肝脏、肝血窦部位重新植入胰岛通过在人体重新植入胰腺β细胞和α细胞，智能感知血糖的高低，并据此分泌胰岛素或高血糖素，从而把血糖维持在非常稳定的水平。这种方法的挑战在于，细胞移植类似于器官移植，为了摆脱排斥反应，需要长期服用免疫抑制剂，感染恶性肿瘤的风险会非常高。

　　刘教授研究出了一种基于静电纺多孔膜的多孔免疫隔离材料，在载胰岛三维支架的外部，为人工胰腺构建出一个类器官的微环境。此外，这种多孔免疫隔离材料，还起到了抑制人工胰腺植入体内引起异物反应的作用。总体上，无论是载胰岛三维支架，还是多孔免疫隔离材料，都需要非常精准、通透的孔隙结构。让细胞需要的养分能自由进出，而葡萄糖也能进去，这样里面的胰岛便能感知血糖的高低。

　　这种人工胰腺有望摆脱胰岛移植对免疫制剂的长期依赖，并摆脱糖尿病带来的慢性并发症，最终起到根治1型和中晚期2型糖尿病的目的。

　　这种技术的核心科学问题在于长期、高效的分子输运，要求三维支架要有比较好的通透性，以保证营养物质自由进出，并满足基本功能需求。另一方面则是长期稳定地保持高效分子输运的功能，其实现主要靠免疫隔离材料，需要长期抵抗异物反应，也叫长期抗纤维氧化，即防止人工胰腺表面形成纤维功能，抵御功能性能的衰减。

　　此外，还涉及细胞封装技术。这是一种非常复杂的工程手段，涉及把胰岛材料整合在最终的人工胰腺结构内。至于这新型人工胰腺所用的多孔免疫隔离材料采用何种原材料，刘教授和他的团队也经过了大量的实验验证，包括材料的改性、合成研究，以完善其抗纤维氧化性能，与人体更好地相互交互，为患者带去福音，也为中国大健康发展战略做出贡献。

　　为非织造材料与液态提锂架设桥梁

　　锂是新能源材料最不可或缺的一个元素，被定义为战略金属。当前，锂主要来源于陆地锂矿，主要集中在美国、澳大利亚和南美地区，中国很少。一旦被封锁，很可能面临无锂可用的状态。

　　上海科技大学助理研究员士陈鑫博士在他的演讲主题“非织造材料在提取锂离子领域的应用研究”中表示：“我愿意做一个桥梁，将非织造材料应用在锂电池或提锂领域。” 由于盐湖和海水含有液态锂，如果能从中提取锂离子，不仅非常有助于碳中和、碳达峰战略的实施，而且储量几乎不受限制，且与地理位置无关。

　　目前，液态提锂现在主要有以下5种方法：蒸发结晶、溶剂萃取、电化学提锂、纳滤及锂离子筛为媒介的离子置换吸附法。由于前4种方式存在不环保或效率低的弊端，以锂离子筛膜为媒介的离子置换吸附法就受到了欢迎。这种方法首先是在酸性溶液下脱取锂离子，在碱性的含锂的水性溶液中吸附锂离子Li+，再放置到酸性环境中把 Li+ 被洗出来，最后经干燥获得锂盐。

　　目前的问题是，产业中大量使用的离子置换吸附法仍存在一些痛点：由于 Li+ 的吸附和脱附须在强酸强碱的环境下进行，传统的离子筛膜往往通过将离子筛颗粒与耐酸碱的聚合物共混制膜，而亲水聚合物普遍存在不耐酸碱的问题，不能作为锂离子筛膜提锂，如果采用疏水聚合物，又会因为没有压力，导致容易不能通过锂离子筛膜，存在因泵驱动产生的额外能耗问题。在研究中，陈鑫博士的设想是，将非织造材料、锂离子筛颗粒以及定向导水结构这三个目标相结合，无需任何外部压力就能实现锂离子提取这一目标。

　　定向导水非织造材料的制备极富挑战，陈鑫和他的团队最后采用了中间含有离子筛的亲水纤维层，下面一层为疏水纤维。当水系溶液滴在亲水纤维层时，因为材料具有定向导水结构，能自发穿透膜，不需要任何泵的驱动，在吸附与脱附锂的情况下，都可以实现自渗透。干燥以后就能得到氯化锂，可以大幅节约成本。

　　陈鑫博士详细介绍了材料的选择与永久性定向导水结构的制备方法，最后经过与相关研究工作相比较，发现提取一毫克锂离子的能耗最低，说明这种提锂工艺可以节约大量能源成本。

　　将莱赛尔纤维用于一次性擦布、干湿巾等领域

　　莱赛尔纤维以天然纤维素高聚物为原料，采用干喷湿纺的纺丝工艺制备而成。表面光滑，强力、形态很接近涤纶，但吸水性、可降解性又是纤维素，聚合度和结晶度都比较高，吸水性好，分子取向度类似高分子中的液晶纤维，这也是导致原纤化的主要原因之一。在遭受机械外力时，表现为布面容易出现绒毛，导致印染上色不匀。赛得利采用碱法浆工艺，突破了莱赛尔的一个技术瓶颈。除纺织品外，在非织造领域，找到了擦拭巾、干湿巾、面膜等应用。

　　赛德利无纺布研发总监、高级工程师陈锐博士在其报告“莱赛尔纤维的特性及非织造领域的应用”中介绍说，从2020年到目前为止，赛得利已经新建了25万吨的产能。计划在未来10年再投入100万吨，以加快莱赛尔的发展。

　　目前，赛得利的短切莱塞尔纤维开发顺利，上机验证效果好，通过改变纤维的纤度和长度，有效控制了莱赛尔纤维的整体分散效果，目前已达到同行先进水平。如，莱赛尔+木浆可冲散布面强度指标达到了国标的两倍以上，布面分散性也稳定在94%以上。公司基于20%莱赛尔+30%粘胶+50%木浆复合、50%莱赛尔+50%木浆以及100%粘胶，用1.33/1.7dtex*38mm规格的莱赛尔纤维开发了几款样品。

　　研究人员发现，用这种纤维制成的干湿巾产品，具有可降解、干湿态强度高、湿态强度衰减少、触感爽滑等优点。与木浆/粘胶纤维搭配后，可提高产品的干湿强度，提高产品的擦拭与吸湿能力。与100%粘胶相比，加入20%莱赛尔纤维后，布面干态强度、湿纵强度、湿横强度都有了显著改善，纵横向强度比略有下降。

　　擦拭产品尤其是一次性民用产品的目标是可降解、成本低，生产中会大量引入木浆原材料。由于木浆纤维短，本身不提供强度，莱赛尔纤维的加入，就可以弥补这一短板。另外，通过调整工艺，可使布面保持柔软度不变。