新型高抗紫外生物质纤维水刺非织造布材料_最新动态

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新型高抗紫外生物质纤维水刺非织造布材料

2025-09-283

9月4日，第十三届“金三发·德佑”杯全国大学生非织造材料开发与应用双创大赛成果发布会在上海新国际博览中心举行。本届大赛共评出特等奖1项，一等奖3项（含“德佑·擦拭未来之星”1项），二等奖15项（含“德佑·绿色发展奖”5项），三等奖57项。其中，“德佑·擦拭未来之星”奖项从包装设计、材料选择、结构设计、成分功效等方面探索未来的擦拭产品形态与功能；“德佑·绿色发展奖”奖项从材料选择、工艺研究、加工整理、循环再生等方面探索擦拭产品的绿色发展。

接下来，我们将推出【德佑·擦亮绿色未来】栏目，呈现“德佑·擦拭未来之星”“德佑·绿色发展奖”的创新与可持续解决方案。

新型高抗紫外生物质纤维水刺非织造布材料

作品设计的目的与意义

自21世纪起，全球变暖问题备受关注。臭氧层的不断减薄，紫外线的辐射强度的上升，对人们的健康状况构成了潜在威胁，引起了全球担忧。世界卫生组织国际癌症研究机构的报告显示，2022年全球皮肤癌病例数量惊人，超过250万例。研究预测，到2050年，全球癌症病例数可能比2022年高出77%。在这一严峻的背景下，亟需开发一种兼顾高效率、耐久性和环境兼容性的抗紫外线材料。

在全球加速推进科技创新与产业变革的当下，新质生产力正成为重塑竞争格局的核心驱动力。墨鱼黑色素作为一种天然的黑色素，不仅色彩独特且具备出色的抗紫外线性能。Lyocell纤维是一种绿色的环保材料，有助于可持续发展的具有优异物理机械性能的材料。本作品通过生物学科与纺织学科的交叉融合，将墨鱼墨汁内的色素与木浆纤维混合于NMMO强极性溶剂中，通过湿法纺丝技术，制得墨鱼黑色素改性Lyocell纤维，梳理后水刺法加固，制成了具有优良抗紫外线、抗静电和抗氧化性能的非织造布。本作品旨在通过融合自然与科技的智慧，探索非织造材料领域的新边界。此作品的设计，不仅是对传统非织造材料的一次革新，更是对绿色、低碳、循环发展理念的积极响应。通过本次大赛，我们期望能够推动这一创新成果的市场化应用，为相关行业提供更加环保、高效、功能强大的材料解决方案，同时也为大学生创新创业提供实践平台，激发更多的创新灵感与技术突破。

作品所用原料与技术

工艺路线

图1 新型高抗紫外生物质纤维水刺非织造布的制备与应用

产品结构与性能特点

（1）天然纤维与天然黑色素赋予优异的抗紫外性、稳定性

Lyocell纤维是一种以竹、木等天然原料制成的再生纤维素纤维，其生产过程环保且溶剂回收率高，被视为绿色纤维的代表，我国已完全自主化生产，产量达到200万吨。墨鱼黑色素分子内含有共轭双键结构，可覆盖UVA（320-400 nm）和UVB（290-320 nm）全波段紫外线，通过分子振动将99%的紫外光能转化为热能释放，避免紫外线穿透生物组织。此外，天然真黑素表面含羟基、羧酸基团等活性基团，这些基团通过自由基清除等方式阻断紫外线引发的氧化应激反应。

本项目产品是将生物工程发酵的墨鱼黑色素与Lyocell纤维纺丝工艺结合，制备出高抗紫外特性墨鱼黑色素Lyocell纤维，并采用非织造技术制备出新型高抗紫外生物质纤维水刺非织造布材料。该材料的紫外线防护指数（UPF）平均值达1797（图2），能够有效阻挡紫外线透过，屏蔽效率高达99.94%，可广泛应用家用窗帘，户外帐篷/遮阳伞以及防晒车衣、军用装备紫外防护等领域。

图2 通过水刺工艺制备的非织造材料抗紫外测试

（2）墨鱼黑色素赋予Lyocell水刺非织造布优异防静电、抗氧化吸湿性

黑色素呈现出相对较为深沉的色调，赋予了产品独特的视觉美感，无需染色，即可实现厚重棕色效果。其共轭双键结构，还具备良好电子传递导电性能，可进一步提高Lyocell纤维的抗静电性能；此外，水刺技术赋予了产品优异柔性质感和良好的透气、透湿性能。

作品的应用领域

（1）可应用于家用窗帘

利用水刺技术对纤网进行加固处理，可制备出适用于家用窗帘的非织造布。该新型高抗紫外生物质纤维水刺非织造布材料，展现出显著的抗紫外性能，特别适宜作为家用窗帘材料，以抵御高强度紫外线对人体的潜在伤害。黑色素的抗氧化特性亦有助于提升材料在阳光照射下的耐久性，确保窗帘在长期使用过程中保持其结构稳定性和外观完整性。

此外，这种新型非织造布还具备优良的防静电性能，能够有效避免家用窗帘因静电吸附灰尘而降低透光性和美观度的问题。其柔软的质地和优异的吸湿性，使得窗帘触感舒适，同时能够调节室内湿度，为用户创造一个更加宜居的生活环境。

（2）可应用于防晒帐篷/伞

在防晒领域，这种新型非织造材料的应用前景广阔。随着臭氧层持续变薄，紫外线辐射强度增加，尤其是在夏天，人们的健康面临潜在风险。该材料的高抗紫外性能，使其成为户外帐篷、防晒伞的理想选择。它能够高效阻挡紫外线，保护使用者免受紫外线伤害。此外，经过特殊处理的材料表面，具有深沉的色调，展现出独特的视觉美感，无需染色，实现了厚重棕色效果。

（3）可应用于防晒车衣

该产品的高抗紫外性能可以有效隔绝阳光中UVA/UVB对车漆的损伤，避免长期照射导致的车漆褪色、龟裂或清漆层老化。此外，该非织造布材料还具备出色的柔软性和吸湿性，能够适应车身曲线，紧密贴合，为车辆提供全面的保护。其防静电性能还能有效防止灰尘和污垢的附着，保持车衣的清洁和美观。

此外，本产品还能服务于高海拔区域或强紫外环境的军用装备的紫外线防护。

作品的创新点

（1）本作品中所涉及的黑色素源自于生物发酵技术。本项目采纳创新策略，利用生物发酵技术实现了生物黑色素的规模化生产，有效解决了天然墨鱼黑色素提取量有限，无法满足规模化生产需求的问题。通过基因工程技术，将控制合成黑色素的基因导入适宜的微生物菌株，培育出墨鱼黑色素基因工程菌株，进而通过发酵工艺产出大量且高纯度的黑色素染料。

（2）本作品所采用的原料Lyocell纤维被誉为21世纪的绿色纤维，它主要采用N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）作为溶剂，通过湿法纺丝技术，生产再生纤维素纤维。这种生产方式不仅环保，而且在生产过程中产生的废弃物可以自然降解，不会对环境造成污染。生产过程中使用的氧化胺溶剂可以达到99.5%的高回收率，大大减少了资源的浪费。同时，该原料的毒性极低，不会对环境和人体健康造成危害。因此，本作品完全符合大赛可持续发展的要求，展现了绿色环保的理念。

作品的成本核算

表1 核心成本构成（假设年产50吨）

作品解读

本次大赛的核心主题是“创新与可持续”。本项目的创新之处在于利用生物发酵技术，实现了生物黑色素的大规模生产，并将其用于非织造材料的制造。同时，选择Lyocell纤维作为湿法纺丝的原材料，因其生产过程的环保特性和可生物降解的属性，完全满足大赛对可持续性的标准。结合墨鱼黑色素与Lyocell纤维，本项目显著提升了非织造材料的抗紫外线能力，并赋予了其防静电、抗氧化、柔软及吸湿等多重特性。这些创新不仅拓宽了非织造材料的应用范围，也深刻反映了对环境保护和人类健康的关注。

在本项目的成本核算过程中，环保因素得到了充分的考量。我们采用了高效的溶剂回收系统和先进的废水处理技术，以最大程度降低生产环节对环境的污染。在确保效率的同时，还成功降低了成本，进一步突出了项目的绿色和可持续性特点。此外，本项目还强调了创新与实际应用的融合，利用竞赛网络平台将创新成果推向市场，为相关行业提供了更加环保、高效、功能全面的材料解决方案。因此，本作品与大赛主题“创新与可持续”紧密相连，不仅展示了大学生在科技创新领域的实力与潜力，也为推动非织造材料行业的绿色发展做出了积极的贡献。