《Journal of Cleaner Production》：Upcycling waste wool into high-value antibacterial blended knitted fabric through a sustainable and high-yield technology
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本研究通过机械回收和混纺技术，将废羊毛与生物基抗菌PLA/PHBV纤维结合，成功开发高附加值再生混纺针织物RFT-40。采用响应面法优化预处理条件（油率20%、温度20℃、湿度41%），使再生羊毛纤维质量提升，低 twist纺纱显著改善织物力学性能（拉伸强度220N，低热导率）和抗菌效果（对金黄色葡萄球菌抑制96%）。该技术实现废羊毛资源化利用，兼具环境可持续性和经济价值。
黄新新|钟贵文|邓彤|何远|刘江涛|杨俊雄|田晓|陈鹏
广东现代纺织技术工程中心，广东工业大学，广州，510075，中国
摘要
回收废弃羊毛可以减少处理过程中对环境的危害，同时保护自然资源。然而，通过可持续技术实现废弃羊毛织物的高附加值回收仍然具有挑战性。本文采用一种可持续、高产率的机械回收和混合技术，利用回收的羊毛纤维和基于生物的抗菌聚乳酸/聚（羟基丁酸-羟基戊酸）（PLA/PHBV）纤维开发出一种再生抗菌混纺针织面料（RFT-40），将纺织废弃物升级为高附加值产品。通过响应面方法探索并优化了废弃羊毛织物在机械开松过程中的预处理条件。结果表明，使用20%的油含量、20°C的温度和41%的湿度作为预处理条件可以改善回收羊毛纤维的质量。与通过环锭纺和转子纺方法生产的再生羊毛混纺纱线相比，通过低捻度纺纱方法生产的再生羊毛混纺纱线（RYT-40）具有更好的延展性和更低的毛羽率，并能够生产出中高支数的纱线。此外，RFT-40具有220 N的出色抗拉强度和低导热性，表明其具有优异的保温性能。同时，RFT-40表现出强大的抗菌效果，对金黄色葡萄球菌的杀灭率达到了96%。这种升级处理不仅显著提高了羊毛的可持续性，还为废弃羊毛创造了经济价值。
引言
全球每年产生的纺织废弃物超过1亿吨（Sun等人，2023年），其中羊毛废弃物占很大比例。2020年，全球羊毛产量超过了100万吨，远超其他动物纤维（Surjit，2024年）。羊毛的广泛使用导致废弃羊毛大量增加，包括废弃的羊毛服装和工业废料（Zhu等人，2023年；Martin和Herlaar，2021年）。如果管理不当，这些废弃物不仅会占用土地资源，在降解过程中还会释放甲烷等温室气体。此外，残留的染料和化学添加剂还会污染土壤和水源。同时，羊毛生产本身也消耗大量资源：尽管羊毛仅占全球纺织产量的1%，但生产一吨羊毛需要大约50万升水。羊毛生产常常与土地退化和生物多样性丧失等环境问题相关联。因此，促进羊毛的有效回收和再利用已成为缓解资源压力和推动纺织产业可持续转型的重要途径。
目前，大多数研究集中在羊毛纺织品的开环回收上，将废弃羊毛转化为非纺织品（Rubino等人，2019年，2021年；Wiedemann等人，2022年；Patnaik等人，2015年）。然而，开环羊毛回收面临诸多挑战，包括回收产品的市场价值低、升级材料的品质不如传统替代品，以及这些解决方案与现有商业模式难以契合（Mu等人，2023年）。例如，通过机械研磨技术，羊毛废弃物被加工成羊毛颗粒，用于吸附废水中的染料和重金属（Pallewatta等人，2023年；Tang等人，2022年；Hao等人，2019年；Zhang等人，2020年）。但由于处理成本过高，羊毛吸附剂很少实现工业化。研究人员还开发了多种再生羊毛产品，包括生物传感器、导电材料和纳米发电机等（Souri和Bhattacharyya，2019年；Li等人，2020年）。尽管再生产品的价值远高于羊毛纺织品，但由于技术不成熟和性能相对不稳定，这些产品尚未得到商业化应用。
与开环回收相比，闭环回收可以最大限度地保留资源价值并减少环境影响，是实现可持续羊毛回收的重要方法。目前的回收方法主要包括化学和机械工艺（Lebedyte和Sun，2021年）。例如，Mu团队开发了一种绿色溶解工艺，能够完全分离染料并重组蛋白质结构，将超过80%的废弃羊毛转化为再生蛋白质纤维，同时保留了原始性能的90%以上（Mu等人，2023年）。然而，化学回收仍面临工艺复杂、能耗高和化学物质使用带来的二次污染等问题。相比之下，机械回收由于其工艺简单、成本低且易于扩展而显示出实际潜力（Russell等人，2016年；Leal Filho等人，2019年）。意大利纺织公司Manteco SpA通过机械粉碎生产再生羊毛纤维MWool?。对MWool?的生命周期评估显示，当其完全由消费后服装废料制成时，其碳排放量显著低于原生纤维（Bianco等人，2022年）。然而，再生纤维的质量通常较差，主要是因为其纤维长度较短。此外，反复的机械处理会导致纤维强度下降，限制了其在高价值产品中的应用（Lindstr?m等人，2020年；Ribul等人，2021年；Wang等人，2013年）。此外，再生羊毛纱线大多局限于中低支数范围，主要在开环纺纱机上生产，难以满足高端纺织品的性能和质量要求（Huang等人，2024年）。尽管初始羊毛纤维长度较短，但闭环回收系统仍能保留高于纺纱所需最低阈值的纤维长度（Glasper等人，2024年，2025年）。对纤维提取和再生纺纱过程的系统优化仍不足，阻碍了整体回收效率和产品质量的提升。因此，解决可扩展性低、价值低和环境影响大等问题，开发能够在整个过程中确保可持续性的创新技术以高效利用废弃羊毛，已成为一个关键问题。
在这项工作中，我们采用一种可持续、高效的机械回收和混合方法，利用回收的羊毛纤维和环保的抗菌PLA/PHBV纤维开发出一种新型抗菌混纺面料（RFT-40）。为了降低回收过程中羊毛纤维的损伤率，通过响应面方法（RSM）研究了废弃羊毛织物的预处理条件。此外，系统研究了纤维混合比例和纺纱方法（包括环锭纺、转子纺、低捻度纺）对再生羊毛混纺纱线的机械性能（如毛羽率和均匀度）的影响，以最大化混合效果。同时，还评估了再生羊毛混纺面料的舒适性能。结果表明，再生羊毛混纺面料能够在机械性能和舒适性之间取得平衡，从而扩大应用范围。将回收的羊毛纤维与完全可生物降解和抗菌的PLA/PHBV纤维结合，制备出具有显著抗菌性能的面料，且无需任何化学整理工艺。与传统羊毛生产方式相比，这种创新方法显著减少了碳排放。通过改进工艺将废弃羊毛纤维转化为高质量纺织品，为纺织废弃物提供了一种环境可持续且可扩展的解决方案，同时保持了产品的卓越性能。
实验部分
再生羊毛抗菌混纺纱线和面料的实验材料及设计将在以下部分提供。
结果与讨论
本节首先介绍了再生羊毛纤维、混纺纱线和针织面料的制备过程。接着描述了使用响应面方法优化废弃羊毛织物预处理条件的过程。随后分析了再生纤维的性能和特性，以及所得混纺纱线的机械性能、毛羽率和均匀度。
再生抗菌混纺羊毛针织面料的局限性
尽管成功开发了一种可持续且高产率的废弃羊毛回收技术，但本研究仍存在一些局限性，需要在未来的工作中加以解决。一个主要挑战是所提出工艺的可扩展性和工业适用性。虽然实验室规模下实现了高产量，但大规模生产的经济可行性和能源效率仍不确定。此外，当前的材料系统仅限于PLA/PHBV的混合物。
结论
总之，通过可持续的机械回收和混合技术，成功制备出了具有良好抗菌性能和机械性能的高附加值再生羊毛/PLA/PHBV抗菌混纺面料（RFT-40）。使用响应面方法系统研究了废弃羊毛织物机械开松的预处理条件，并进行了优化。结果表明，采用最佳预处理参数（油含量20%、温度20°C）
作者贡献声明
黄新新：撰写——初稿，项目管理，方法学研究，资金获取，数据分析，概念构思。钟贵文：方法学研究，数据分析。邓彤：方法学研究，数据分析。何远：方法学研究，数据分析。刘江涛：方法学研究，数据分析。杨俊雄：方法学研究，数据分析。田晓：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究工作。
