Nat. Sustain.丨通过技术创新促进纺织品生命周期的可持续性

研究背景：

纺织产品的全球市场价值为9615亿美元，不仅满足了基本的服装需求，还提供了充足的就业机会。在推动经济发展的同时，还改善了社会福祉，尤其是在发展中国家。虽然纺织品是全球重要的实业，但它对环境和人类构成了许多威胁。纺织品生命周期的碳排放量仅次于石油和天然气，超过了国际航空和海运的总和。纺织业也是世界上第二大用水量消耗者，微塑料和着色剂严重污染了水道。水污染主要发生在纺织品转化过程中，其中20%的污染来自湿染色和整理过程。此外，每年有10亿罐洗涤剂用于洗涤，导致陆地和海洋富营养化。此篇文章从自然资源部署、能源和环境影响等方面分析技术对可持续性的影响。

研究内容:

本研究采用生命周期评价方法，总结文献综述，研究分析了服装纺织产品从原料到填埋/焚烧或回收/再利用的完整生命周期。此篇文章从第一阶段的天然和合成材料开始，再专注于纤维生产。接下来是纺织品的转化，最后讨论了纺织品的分配、消费和护理，并考察了纺织品的处置、再利用和再循环阶段。

图1:纺织品的生命周期

图2:通过纤维材料创新实现可持续发展

第一种回收方法是机械回收；统计可得14.7%的PET纤维(约8.4 Mt)是由机械回收材料制成的，这些材料主要来源于废旧的PET瓶，经过切割、研磨、洗涤和熔融纺丝。用回收的PET材料生产纺织品可节省50-85%的能源，同时减少72%的温室气体排放。第二种回收方法是纤维形成聚合物的化学回收，其回收率超过96%。第三种方法使用可降解的生物聚合物。

图3:通过制造技术创新实现可持续发展。

a、纱线和织物生产。b、着色和整理。c、污水处理

纺织品生命周期中纺织品转化部分的主要挑战是减少能源和水的消耗以及化学品的排放。图3概述了本节中讨论的用于解决这些问题的各种方法。

传统着色的预处理过程具有较高的化学、水和能源消耗，并产生废水污染物。用酶代替化学物质可以减少水污染。淀粉浆料棉织物的酶退浆、精练和漂白一步结合可以节省化学品、水和能源。

图4:通过纺织品回收创新实现可持续发展

图4说明了机械、化学和酶回收技术。在全球范围内，12%的纺织材料被回收利用。a、机械回收:棉纤维回收技术。b、化学回收:利用溶剂选择性溶解聚酯，回收棉/聚酯混纺废料。c、化学回收:利用离子液体选择性溶解纤维素，回收棉/聚酯混纺废料。d、利用酶法回收羊毛/棉/聚酯混纺纺织品

研究结论：

为了从根本上解决可持续性问题，可以基于高通量、数据驱动来研究绿色科学和工艺，以确定和开发合成聚酯和尼龙纤维的可持续替代品。此外，因为生物科学的进步，可以基于生物质和可降解的纤维形成材料，以及培育需要较少水分的防虫和抗病植物种子。物理学也使我们更好地理解纺织品的多尺度结构与物理性能之间的关系，从而指导新纺织品的开发。

无水或少水着色和整理技术，如喷墨印刷、芯片掺杂、泡沫等将取代一些传统方法。在从植物和微生物中提取的天然着色剂成为主流之前，需要克服稳定性、亲和力、扩散性和颜色选择等问题。回收，特别是机械回收，将成为单一材料或某些混纺纺织品的主要技术。

该文章进一步探讨了单一材料在纺织品中的可能适应性，长期以来，单一材料在不需要拆卸的情况下具有很高的回收效率。单一材料设计的主要思想是通过结构工程将新功能嵌入到由单一聚合物制成的纺织品中，而不是通过混合化学上不同的材料。而为机械回收而设计的单材料服装和鞋类可以通过现有机械和工艺的组合由热塑性材料制造。

单材料纺织品的实现面临着多方面的挑战。首先，产品是供人类消费的，因此消费者偏好的巨大差异不容易被一种材料所满足。二是新材料科学、多尺度结构设计及其制造方法等方面需要更多循证研究。第三，此类产品的成本不应过高。预计在短期内，单一材料专用产品将限于以集中方式收集和回收。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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