海鞘是一種普通的海洋生物,因形狀像鳳梨,又被稱作海中鳳梨,在各大洋中均有分布。由于海鞘體內(nèi)的糖原含量較高,味道香甜,一直是海邊人們飯桌上的美味佳肴。可鮮為人知的是,海鞘也是這個(gè)世界上唯一能產(chǎn)出纖維素的動(dòng)物,如果能將其用于紡織服裝領(lǐng)域,將會(huì)給行業(yè)帶來(lái)巨大的變化。近日,青島科技大學(xué)高分子學(xué)院材料工程專業(yè)學(xué)生張大為課題組在全國(guó)率先開展的海鞘纖維素研究引起了廣泛關(guān)注。
變廢為寶 纖維品質(zhì)獨(dú)特
曾經(jīng)的海鞘只是用作食品,其被囊不能食用則被拋棄,海鞘產(chǎn)生的纖維素就存在于海鞘被囊之中。如何將其變廢為寶?這一課題成為張大為課題組的研究方向,如今,被當(dāng)作垃圾扔掉的海鞘被囊,已經(jīng)成了發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)的原材料。
據(jù)張大為介紹,自2009年發(fā)現(xiàn)海鞘纖維素以來(lái),他的課題組陸續(xù)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)出了海鞘纖維素節(jié)能反射薄膜、海鞘纖維素高性能導(dǎo)電紙和海鞘纖維素紡絲液等新型特種功能材料,以海鞘纖維素為“原點(diǎn)”,將觸角延伸至國(guó)內(nèi)多個(gè)領(lǐng)域,獲得了7項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。海鞘纖維素制品將帶動(dòng)一系列新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,新技術(shù)的應(yīng)用也將為企業(yè)和個(gè)人帶來(lái)更豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。
經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),海鞘纖維素與植物纖維素相比有很多獨(dú)特的特質(zhì)!叭缜罢叩90%以上為Iβ晶型,而且其結(jié)晶度高,而后者只有50%~70%的Iβ晶型。目前國(guó)內(nèi)僅有從海鞘中提取海洋藥物成分的研究報(bào)道,而有關(guān)海鞘纖維素的研究鮮有文獻(xiàn)報(bào)道!睆埓鬄檎f(shuō)。
同時(shí),海鞘納米纖維素在一定濃度下還能自發(fā)形成膽甾型液晶。膽甾型液晶具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì),如光學(xué)各向異性、雙折射性、選擇反射性等,張大為認(rèn)為這一項(xiàng)目成功后有望用于防偽材料、裝潢涂料、反射型彩色電子紙等領(lǐng)域。
經(jīng)過(guò)4年的研究,張大為成功制備出了納米纖維素,并通過(guò)偏光顯微鏡、紅外光譜儀、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明,所制備的海鞘纖維素樣品粉末幾乎為Iβ晶型;海鞘納米纖維素為棒狀結(jié)構(gòu),直徑均勻,平均直徑約為30nm,長(zhǎng)度在200nm~2μm之間,具有長(zhǎng)度多分散性。張大為還發(fā)現(xiàn),當(dāng)海鞘纖維素懸浮液達(dá)到一定濃度后,可以自發(fā)地形成膽甾型液晶,而且膽甾型液晶薄膜具有選擇反射性,在自然光的照射下呈現(xiàn)彩虹般漂亮的顏色。
用途廣泛 可替代紙張
在科技領(lǐng)域內(nèi),成果要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化通常會(huì)面臨“現(xiàn)實(shí)很骨感”的尷尬境遇。然而,張大為課題組研發(fā)的海鞘纖維素紡絲液技術(shù)已經(jīng)解決了成果轉(zhuǎn)化的難題。以海鞘纖維素為原料制成的新型海洋服裝,已成功俘獲青島企業(yè)的“芳心”。
“纖維素是生產(chǎn)服裝的主要原材料,海鞘纖維素的分子量是棉花纖維素的2.5倍,因此它的強(qiáng)度要高于棉花纖維素,而且透氣性和熱穩(wěn)定性好,無(wú)毒無(wú)害、安全性高,可以生物降解,有助于節(jié)能環(huán)保!睆埓鬄楸硎荆@類服裝對(duì)人體的刺激性小,人們穿上后也更舒服。
青島雪達(dá)集團(tuán)有限公司將與研發(fā)團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)高附加值的海鞘纖維素紡絲液和服裝系列產(chǎn)品。目前,該項(xiàng)目已進(jìn)入中試階段,預(yù)計(jì)將于2015年實(shí)現(xiàn)規(guī);a(chǎn)。
除此之外,海鞘纖維素還可以應(yīng)用到醫(yī)藥領(lǐng)域。張大為介紹說(shuō):“常用的醫(yī)用紗布大都采用棉花纖維素制作而成。與棉花纖維素相比,海鞘纖維素具有優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性,因此,海鞘纖維素制成的醫(yī)用紗布對(duì)于傷口的愈合將至少加速20%以上。”
未來(lái),利用海鞘纖維素或許還可以識(shí)別人民幣的真?zhèn)。“現(xiàn)在的人民幣強(qiáng)度并不是很高,在澳大利亞、新西蘭等國(guó)家已經(jīng)開始使用塑料材質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)貨幣,不僅可以循環(huán)利用,而且還含有獨(dú)特的防偽技術(shù)!睆埓鬄檎f(shuō),“以海鞘纖維素作為人民幣的原材料,不僅可以增加強(qiáng)度,而且還可以替代現(xiàn)有人民幣、債券的防偽技術(shù),使人們?cè)诒鎰e真?zhèn)蔚臅r(shí)候更容易!
但是,由于人民幣防偽涉及到多項(xiàng)綜合技術(shù),張大為多次強(qiáng)調(diào),通過(guò)相關(guān)技術(shù)的處理,可以在部分技術(shù)上進(jìn)行替代。但最終是否可行,目前來(lái)說(shuō)還是未知數(shù)。
經(jīng)過(guò)4~5年的研發(fā),海鞘纖維素在家紡、造紙和節(jié)能材料的應(yīng)用技術(shù)已逐漸得到越來(lái)越多的認(rèn)可,其在高檔紡織品、反射型透明無(wú)紡布、防偽材料、裝潢涂料、顯示材料及紅外光屏蔽節(jié)能材料等領(lǐng)域蘊(yùn)含著廣闊的發(fā)展前景。
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