瞿金平院士/吴婷副教授《Macromolecules》：高压旋风协同超重力熔纺制备多功能生物基纤维织物

纤维织物是纺织工业和国家建设的重要原材料，其中生物基合成纤维在生物医药、过滤、水处理和电子信息等领域展现出广阔的应用前景。聚乳酸（PLA）纤维因其可设计性、生物相容性和舒适性，具有极高的研究价值和应用潜力。然而，受限于PLA脆性大和热加工窗口窄的本征缺陷，PLA纤维的规模化生产和产业化应用面临挑战。传统的两步法熔融纺丝工艺容易导致PLA热降解，进而影响其性能。目前，尚缺乏能够通过一步工艺实现PLA复合体系高效熔融混合和纤维连续成型的加工手段，严重制约了PLA纤维的产业化进程。

基于此，华中科技大学瞿金平院士/吴婷副教授率先提出了一种高压旋风协同超重力场的PLA基复合纤维连续、绿色制备新方法（ZL202210794424.4；ZL202010865493.0），并以PLA/P34HB体系为核心，以二氧化硅（SiO2）、聚乙二醇（PEG）和碳纳米管（CNTs）为功能基质，连续制备了具有可穿戴特性的PLA/P34HB/SiO2辐射制冷纤维以及具有光热转化效果的PLA/P34HB/PEG/CNTs纤维。通过自粘接作用得到的拉伸强度接近1 MPa的两种无纺布均具有优异的生物相容性和透气透湿性，二者的细胞存活率分别为98.7±0.4%和95.6±0.3%，水蒸气透过率分别为39.98和34.2 g m-2 h-1。PLA/P34HB/SiO2无纺布的反射率和发射率分别为90.2%和94.1%，能够降低炎热环境中被覆盖物体的温度，满足人们在炎热环境下的热舒适需求。相关研究工作分别以“Biobased Protective Nonwovens Integrating Thermal Management, Antifouling, and Absorption-Dominated EMI Shielding via Melt Centrifugal Spinning”和“Scalable fabrication of multifunctional polylactic acid fibrous membranes with enhanced superhydrophobicity and radiative cooling performance”为题发表于《Macromolecules》和《Journal of Cleaner Production》上。

在此研究工作基础上，采用高压旋风协同超重力熔纺制备了具有优异光热和抗菌性能的PLA基界面蒸发纤维膜，其在1个太阳光照射下可达1.72 kg m-2 h-1的高蒸发速率，具有高达99 %的抗菌率、优异的光催化降解性能和有效的热电性能，为纤维织物太阳能界面蒸发材料的开发提供了一种高效率、多功能和可扩展的新策略。相关工作以“Efficient fabrication of fabric-based Janus interfacial evaporator via melt centrifugal spinning for simultaneous solar evaporation, pollutant degradation,antibacterial action, and thermoelectric output”为题发表于《Journal of Energy Chemistry》上。

图 高压旋风协同超重力连续熔融离心纺丝原理示意图

作者简介：

吴婷，华中科技大学化学与化工学院副教授，博士生导师，《Biomimetics》期刊客座编辑，《Journal of Bionic Engineering》和《塑料工业》期刊青年编委，长期致力于聚合物成型加工新方法与仿生功能高分子复合材料研究，以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano-Micro Lett、Nano Energy、Macromolecules等期刊发表SCI论文30余篇，5篇入选ESI Top 1%高被引或热点论文，申请发明专利16件，授权发明专利6件，主持国家自然科学基金青年项目、国家重点研发计划项目子课题、湖北省自然科学基金青年项目等国家/省部级科技项目5项，主持企业合作项目3项。

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c0301

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142455

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.01.070

来源：高分子科学前沿

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