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隨著人們生活水平的不斷提高和衛(wèi)生意識的重視，一次性醫(yī)衛(wèi)用品行業(yè)發(fā)展迅速。2020年，個人衛(wèi)生用品市場規(guī)模已超過1000億美元；自2019年新冠疫情爆發(fā)以來，全球每月使用和處理的口罩數(shù)量達1290億個。這些產(chǎn)品的基本組成部分主要是不可生物降解的聚丙烯（PP）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維非織造布，此類產(chǎn)品因高度污染難以回收再利用，因此，此類產(chǎn)品使用后產(chǎn)生的垃圾通常被焚燒或填埋處理，少部分因管理不當流落到環(huán)境中或成為微塑料的來源，會對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成不可估量的危害。近期，隨著各國各地區(qū)限塑令或禁塑令的頒布，開發(fā)可生物降解的一次性衛(wèi)生產(chǎn)品是非常有必要的。

纖維素是地球上最豐富的生物質(zhì)之一，可再生、可生物降解。纖維素非織造布因良好的透氣性和保水性，已廣泛應(yīng)用于個人護理、美容美妝、醫(yī)療等領(lǐng)域。然而纖維素非織造布不適合直接用于吸收性衛(wèi)生產(chǎn)品，因這類產(chǎn)品的主要功能是促進液體快速滲透到吸收芯層，并有效阻止反滲，其表層材料的功能除受本身物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響外，還與親疏水性有關(guān)。此外，透氣性是此類產(chǎn)品應(yīng)用的另一個關(guān)鍵性能，因為人體產(chǎn)生的水分和熱量需要通過透氣的孔隙持續(xù)排出，以保持皮膚干燥舒適。因此，開發(fā)兼具疏水和良好透氣性的纖維素非織造布具有重要意義。

近日，東華大學(xué)烏婧副研究員、王華平研究員團隊與鄒黎明教授共同在《Carbohydrate polymers》雜志上發(fā)表了題為"Hydrophobic, breathable cellulose nonwoven fabrics for disposable hygiene applications"（DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119367）的論文。論文的第一作者為東華大學(xué)博士研究生劉美，通訊作者為烏婧副研究員和鄒黎明研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家先進功能纖維創(chuàng)新中心的資助。

該課題組提出了一種簡便高效的一步改性方法，通過氨酯化反應(yīng)在纖維素結(jié)構(gòu)上分別引入三種疏水官能團，有效地將完全親水的纖維素非織造基材轉(zhuǎn)化為高度疏水的織物（水接觸角為130–135°）。更重要的是，通過調(diào)節(jié)改性劑濃度，優(yōu)化異氰酸酯的類型和取代度，可以很好地保持改性織物的透氣性（變化±6%）。該研究系統(tǒng)探究了改性劑種類和濃度對織物結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵性能（疏水性、透氣性、斷裂強度、柔韌性）的影響。

研究結(jié)果表明：采用一步氨酯化反應(yīng)，分別將三種單異氰酸酯（叔丁基異氰酸酯TBIS、間甲苯異氰酸酯MTIS和3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷ISPTMOS）成功接枝到纖維素上。如圖1所示，通過疏水基團取代度的調(diào)控，使疏水織物固有的透氣性保持在最佳水平（1300–1400 mm/s），其中CNW-TBIS (5 wt%)（DSc = 0.048）改性織物的水接觸角為132.5°，透氣性比原織物（1337 mm/s）提高了5.9%；CNW-MTIS (1 wt%)（DSc = 0.066）和CNW-ISPTMOS (0.5 wt%)（DSc = 0.006）改性織物的水接觸角分別為132.7°和134.2°，透氣性略低于原織物 (分別為2.9%和6.9%)，此外，這些織物的斷裂強度大于80 N/5cm，柔韌性與原織物相當，能基本滿足吸收性衛(wèi)生用品面層的性能要求。這種方法在非織造布后整理階段具有很大的工業(yè)放大潛力，并且疏水性和透氣性可以在一定程度上針對不同類型的纖維素織物進行調(diào)整。

圖1. 不同濃度改性劑所得織物的水接觸角(WCA)，透氣性，強度和柔韌性:（a）TBIS，（b）MTIS和（c）ISPTMOS，（d）改性前后織物的柔韌性測試照片。