武漢紡織大學陳鳳翔教授團隊《Small》：適用于隔熱的具有輕質和卓越的機械性能的再生纖維素氣凝膠纖維
全球報告顯示，每年產生超過1.5億噸紡織廢料，回收利用率非常低。棉紡織品廢料約占總廢料的30%，約70%的廢棄棉紡織品主要被焚燒或填埋。然而，焚燒會產生大量的溫室氣體和空氣污染物，而垃圾填埋會導致廢棄紡織品中的化學染料釋放到土壤中，對水和土地資源造成嚴重的環境破壞。作為回應，越來越多的國家正在優先考慮這個問題，并促進纖維素基廢紡織品（CBWT）的回收和再利用。通過溶劑方法回收纖維素，例如用離子液體（IL）溶解纖維素，可以有效回收纖維素，同時減少浪費和污染。這種方法不僅促進了循環經濟，而且通過用再生纖維素產品取代石油基材料來保護自然資源。然而，在高效、經濟地將再生纖維素轉化為高價值的功能性材料方面，仍然存在重大挑戰。
近日，武漢紡織大學陳鳳翔教授團隊采用水浴濕法紡絲和梯度溶劑交換方法的組合來開發具有優異機械和隔熱性能的再生纖維素氣凝膠纖維（CAF）。具有核殼結構的 CAF 纖維表現出優異的機械性能，拉伸強度為16.56±1.48MPa，斷裂應變為67.9%±10.37%，在沒有牽伸工藝的情況下韌性為6.65MJ m-3。此外，CAF 織物表現出出色的隔熱性能（39.31 mW/m/K），在100°C 時溫差為45°C，與傳統材料相比，顯著減少了熱傳遞，在耐熱和寒冷天氣服裝中顯示出巨大的前景。最重要的是，通過預熱離子液體（IL）/DMSO 溶液系統，可以顯著加速CBWT 的溶解過程，這將顯著提高CBWT 的回收效率和經濟效益。本研究為制備高性能再生纖維素氣凝膠纖維提供了一種簡單有效的方法，旨在促進紡織品回收行業的發展和可持續功能材料的創新。相關成果以“Regenerated Cellulose Aerogel Fibers with Lightweight and Exceptional Mechanical Performance for Thermal Insulation”為題，發表在《Small》(期刊號：Small 2025, 2501154 IF=13）上。
原文鏈接：//doi.org/10.1002/smll.202501154
圖1. 再生纖維素氣凝膠纖維的制備。a）廢棉纖維的溶解。b）再生纖維素氣凝膠纖維的紡絲和成型工藝;c）再生纖維素凝膠纖維的倒置顯微鏡圖像;d）由CAF 制成的機織織物的光學照片。
圖2. 再生纖維素氣凝膠纖維的形態結構。UCAF 表面的 SEM 圖像 a）和CAF e）;UCAF c）和CAF d）淺截面的 SEM 圖像;UCAF e）和 CAF f）內部結構的 SEM 圖像；再生纖維素氣凝膠膜的 N2 吸附-解吸等溫線 g）和孔徑分布圖 h，i）。
圖3. 再生纖維素氣凝膠纖維的機械性能。a） CAF 的 3D 顯微鏡圖像;b）用重物懸掛的 CAF 的光學照片;c，d） UCAF 和 CAF 的機械性能;e）再生纖維素氣凝膠纖維的機械性能比較;f） CAF 的加固機制。
圖4. 再生纖維素氣凝膠纖維織物的保溫性能。a） UCAF 和 CAF 的隔熱穩定性測試；三種織物在不同溫度下加熱板上的表面溫度 b）和與加熱板的絕對溫差 c）;d，e）高溫和低溫板上三種織物的熱成像。
圖5. a） CAF 的保溫機制;b） CAF 織物的應用。
結論
在這項研究中，我們使用水浴濕法紡絲和梯度溶劑交換方法成功開發了具有優異機械和隔熱性能的再生纖維素氣凝膠纖維（CAF）。在沒有將棉花預先機械加工成短纖維的情況下，我們通過使用預熱的 IL/DMSO 溶液實現了棉纖維的加速溶解，從而能夠快速回收基于纖維素的紡織廢料 CBWT。水浴濕法紡絲和梯度溶劑交換策略產生了類似于吐司的核殼結構和更均勻穩定的多孔結構。與 UCAF 相比，CAF 表現出優異的拉伸強度、斷裂伸長率和韌性，證實了梯度交換方法在增強氣凝膠纖維機械性能方面的有效性。CAF 織物的隔熱性能也得到了顯著改善，其出色的熱穩定性和絕緣性證明了這一點，其性能優于棉和羊毛等傳統材料。紅外熱成像進一步證實了這一點，顯示通過 CAF 織物的熱傳遞顯著減少。這些發現表明，CAF 織物在需要絕緣和保溫的日常生活場景中具有很大的前景，例如耐熱手套和寒冷天氣服裝。總體而言，CAF 以其優異的性能和簡單的制備工藝，具有巨大的大規模生產和實際應用潛力。這項工作也為廢舊紡織品回收和高價值功能材料的進一步創新提供了見解。
（來源|今日紡絲）
