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前沿科技
变废为宝的海鞘纤维素变废为宝创新型纤维
/文 2014/04/02

曾经的海鞘只是用作食品,其被囊不能食用则被抛弃。而海鞘产生的纤维素,就是在海鞘被囊之中。如何将其变废为宝?这一课题成为张大为课题组的研究方向,如今,被当作垃圾扔掉的海鞘被囊,已经成了发展新型产业的原材料。
张大为告诉记者,自2009年发现海鞘纤维素以来,他的课题组就陆续突破了多项关键技术,研发出了海鞘纤维素节能反射薄膜、海鞘纤维素高性能导电纸和海鞘纤维素纺丝液等新型特种功能材料,以海鞘纤维素为“原点”,将触角延伸至国内多个领域,获得了7项国家发明专利。海鞘纤维素制品将带动一系列新兴产业的发展,新技术的应用也将为企业和个人带来更丰厚的经济效益。
那么,当初张大为是如何想到这一课题的呢?
原来,纤维素的来源十分广泛,不仅存在于高等植物的细胞壁中,也在海鞘的被囊中发现了它的存在。经过研究发现,海鞘纤维素与植物纤维素相比有很多独有的特质。
“如前者的90%以上为Ⅰβ晶型,而且其结晶度高,而后者只有50%~70%的Ⅰβ晶型。
目前国内仅有从海鞘中提取海洋药物成分的研究报道,而有关海鞘纤维素的研究鲜见文献报道。”张大为说。
同时,海鞘纳米纤维素在一定浓度下还能自发形成胆甾型液晶。胆甾型液晶具有优异的光学性质,如光学各向异性、双折射性、选择反射性等,张大为认为这一项目成功后有望用于防伪材料、装潢涂料、反射型彩色电子纸等领域。
经过4年的研究,张大为成功制备出了纳米纤维素,并通过偏光显微镜、红外光谱仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜对其形貌、结构等进行了较系统的研究。研究结果表明,所制备的海鞘纤维素样品粉末几乎为Ⅰβ晶型,而海鞘纳米纤维素则为棒状结构,直径均匀,平均直径约为30nm,长度在200nm~2μm之间,具有长度多分散性。
同时,张大为还发现,当海鞘纤维素悬浮液达到一定浓度后,可以自发地形成胆甾型液晶,而且胆甾型液晶薄膜具有选择反射性,在自然光的照射下呈现彩虹般漂亮的颜色。

蓝色材料可广泛应用

业内专家曾表示,在科技领域内,成果要想实现产业化通常会面临“现实很骨感”的尴尬境遇。然而,张大为课题组研发的海鞘纤维素纺丝液技术已经解决了成果转化的难题。以海鞘纤维素为原料制成的新型海洋服装,已成功俘获青岛企业的“芳心”。
纤维素是生产服装的主要原材料,海鞘纤维素的分子量是棉花纤维素的2.5倍,因此它的强度要高于棉花纤维素,而且透气性和热稳定性好,无毒无害、安全性高,可以生物降解,有助于节能环保。纤维素服装对人体的刺激性小,人们穿上后也更舒服。
在了解了新技术的性能和特点之后,青岛雪达集团有限公司主动向其抛出了“橄榄枝”。双方已经签订了意向合作,将共同研发高附加值的海鞘纤维素纺丝液和服装系列产品。目前,该项目已进入中试阶段,预计将于2015年实现规模化生产。
除此之外,海鞘纤维素还可以应用到医药领域。张大为表示,常用的医用纱布大都采用棉花纤维素制作而成。与棉花纤维素相比,海鞘纤维素具有优良的力学性能和生物相容性,因此,海鞘纤维素制成的医用纱布对于伤口的愈合将至少加速20%以上。
来自中国纺织工业联合会的数据显示,2012年我国纺织原料消费量占全世界的52%,而纺织原料的进口量则达65%以上。目前,我国纺织原料中30%的棉花和70%的羊毛需要进口,纤维供给存在很大缺口。这种状况给国内纺织原料结构的调整提出了严峻的挑战。而如何节约资源开发新型纤维,正成为行业可持续发展急需解决的课题。海鞘纤维素的研发,无疑缓解了这一问题。
经过4~5年的研发,海鞘纤维素在家纺、造纸和节能材料的应用技术已逐渐得到越来越多的认可,其在高档纺织品、反射型透明非织造布、防伪材料、装潢涂料、显示材料及红外光屏蔽节能材料等领域蕴含的广阔发展前景,正吸引着投资者的目光。

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