基于OSA改性淀粉/壳聚糖-ZnO复合涂层的纺织品环保疏水替代技术研究

为替代具有环境与健康风险的PFAS（全氟和多氟烷基物质），研究人员开发了由辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性淀粉、壳聚糖和ZnO组成的生物基疏水涂层。该涂层在棉和聚酯织物上实现132°接触角，经20,000次磨损和230天测试仍保持性能，且8天可生物降解。研究通过FTIR分析和多变量统计优化工艺，为纺织业提供了可持续的PFAS替代方案。

　　

随着全球对全氟和多氟烷基物质（PFAS）的严格限制，寻找其环保替代品成为迫切需求。PFAS因持久性、生物累积性和毒性被称作“永久化学品”，与癌症、生殖障碍等健康风险相关。纺织业作为PFAS使用大户，亟需开发兼具疏水性、耐久性和安全性的新型涂层。

来自PROPLANET项目组和斯洛文尼亚研究机构的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表研究，提出一种基于辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性淀粉、壳聚糖（chitosan）和氧化锌（ZnO）的复合涂层。该涂层通过静电相互作用形成聚电解质复合物，结合化学疏水性与ZnO的微纳结构粗糙度，在棉和聚酯织物上实现132°接触角。工业级应用测试显示其透明度高、不影响织物物理性能，且耐磨性超过20,000次，性能优于商用含氟涂层。生物降解实验证实8天即可分解，环境兼容性显著。

研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析涂层化学键合，原子力显微镜（AFM）表征表面形貌，多变量统计优化工艺参数。通过实验室到中试的放大实验，验证了技术的可扩展性。

材料与方法
选用中分子量壳聚糖（Mw=950 kg mol^?1）和玉米淀粉（纯支链淀粉），经OSA酯化改性后与三种粒径ZnO（<50 nm至<5 μm）复合。涂层通过浸渍-轧压法施加，接触角测试、磨损及洗涤循环评估耐久性。

结论

1. 疏水性能：最优配方接触角达132°，归因于OSA长链疏水基团与ZnO的层级粗糙结构协同效应。
2. 耐久性：经50次洗涤和20,000次磨损后疏水性未衰减，且230天内性能稳定。
3. 环境友好：8天生物降解，远快于PFAS涂层；低ZnO含量（<0.10 wt%）平衡安全性与功能。
4. 工业适配：统计模型确定最佳工艺参数，为规模化生产提供指导。

该研究首次将食品工业常用的OSA改性淀粉引入纺织涂层领域，突破生物基材料在高性能应用中的局限。其成果不仅为PFAS禁令下的纺织业提供解决方案，更推动可持续材料设计向“自然启发”与“安全优先”转型。