超臨界CO2輔助棉纖維表面改性研究進展

孫卉 完玲中 白雪 劉方志 程邦進 鄧小楠 葉泗洪

摘要 棉纖維是一種天然纖維材料，具有質輕、保暖、易染料等優點，在紡織材料領域有廣泛的應用。棉織物表面改性一般可分為納米、物理、化學、生物酶和超臨界CO2流體改性等。其中，超臨界CO2流體改性因具有環保、高擴散率、高溶解性、零表面張力等優異特性在棉纖維改性中占有一席之地。對棉纖維的天然特性和表面改性方法進行了歸納總結，重點探究了超臨界CO2改性棉纖維的優勢，為進一步挖掘和開發棉纖維的功能性研究、提高棉產品的附加性能提供參考。

關鍵詞 棉纖維;改性;超臨界CO2

中圖分類號 TQ31? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）24-0024-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.005

Research Progress on Surface Modification of Cotton Fiber Assisted by Supercritical CO2

SUN Hui，WAN? Ling-zhong ，BAI? Xue et al （Cotton Research Institute of Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei，Anhui 230001）

Abstract Cotton fiber is a kind of natural fiber material，which has the advantages of light weight，heat preservation，easy to dye and so on，and has a wide range of applications in the field of textile materials.Surface modification of cotton fabric can be divided into nano，physical，chemical，biological enzyme and supercritical CO2 fluid modification.Among them，supercritical CO2 fluid modification plays an important role in cotton fiber modification due to its excellent characteristics of environmental protection，high diffusivity，high solubility and zero surface tension.In this paper，the natural properties and surface modification methods of cotton fiber are summarized，and the advantages of supercritical CO2 modification of cotton fiber are explored，which can provide valuable reference for further exploration and development of functional research of cotton fiber and improvement of additional properties of cotton products.

Key words Cotton fiber;Modification;Supercritical CO2

基金項目 安徽省科技重大專項（202003b06020009）;阜陽市重大科技專項（FK20208016）;安徽省農業科學院科研團隊項目（2021YL056）。

作者簡介 孫卉（1993—），女，山東濰坊人，研究實習員，碩士，從事植物纖維改性研究。*通信作者：鄧小楠，助理研究員，博士，從事植物纖維改性研究;葉泗洪，副研究員，從事農作物育種研究。

收稿日期 2021-11-09

棉花作為一種天然纖維素纖維，是紡織工業中應用較廣泛的原料之一，全球年產量約為2 500萬t，近年來全球消費量占34%[1]，棉纖維因其吸濕性好、保溫性好、手感柔軟、穿著舒適等優良的使用性能而受到人們的廣泛青睞。棉纖維是一種取之不盡、用之不竭的資源，具有生物可降解性和可再生性，對人類的可持續發展具有重要意義。

傳統的棉織物彈性低、抗皺性差、縮水率大、易受微生物污染，在日常生活中存在許多缺陷，如易光老化、易起皺、易發霉、易細菌、色牢度低等。因此，需要進一步挖掘和開發棉纖維的實用價值，開展棉纖維的功能研究，提高產品的附加性能。筆者總結了棉纖維表面改性的主要改性方法，探討了超臨界CO2條件下棉纖維表面改性對其性能的影響，以期為相關研究提供借鑒。

1 棉纖維天然特性

棉纖維具有質輕、保暖、易染色等特點，廣泛應用于紡織材料領域。棉纖維一直是重要的紡織原料，擁有悠久的歷史。大約在4 000年以前，棉花就被人們用來紡紗織布。在4種天然纖維（棉、毛、絲、麻）中，棉織物以其舒適性好、透氣性好、吸水性強等優良特性被廣泛應用于服裝和醫療行業。

1.1 纖維的化學組成及分子結構

棉纖維作為天然纖維素纖維，由纖維素大分子堆砌而成，分子間依靠分子引力、氫鍵、化學鍵等結合力相互聯結，形成各種凝聚態。棉纖維的主要成分是纖維素，占總重量的94%，其他的組成部分有含蠟狀物質、果膠物質和含氮物質等共生物。棉纖維的化學結構式為（C6H10O5）n，纖維素大分子是由1，4-糖苷鍵鏈接的n個葡萄糖殘基組成的長鏈式大分子。葡萄糖殘基的空間結構為氧六環結構（圖1），由碳（44.44%）、氫（6.17%）、氧（49.39%）3種元素組成。

纖維素大分子中，氧六環之間距離較短，而大分子中羥基的作用較大，表現出一定的剛性。纖維素大分子的官能團是羥基和糖苷鍵。羥基是親水性基團，使棉纖維具有一定的吸濕能力;而糖苷鍵對酸敏感，所以棉纖維不耐酸。纖維的分子鏈規整，大分子鏈極易取向和結晶，并結合成基原纖、微原纖、原纖和巨原纖。基原纖是由多個線性的大分子互相平行形成的大分子束;微原纖是由基原纖集積成極細微的絲狀體;原纖是由若干微原纖基本平行地排列在一起的大分子束，其直徑為10～30 nm;巨原纖是由原纖基本平行地排列結合在一起的大分子束，巨原纖的直徑可達0.1～1.5 μm。

1.2 纖維結晶狀態

棉纖維的晶體結構分為結晶區和非晶區（無定形區）。結晶區是大分子排列整齊、規則的區域。相反，棉纖維中排列不規則的大分子區域是非晶區，非晶區的分子排列無序，孔洞較多。 棉纖維中的巨纖呈螺旋狀排列，每個大分子可能間隔穿過若干結晶區和非晶區，使棉纖維成為疏密相間又不散開的整體。棉纖維中大分子、基原纖、微原纖、原纖的排列越平行整齊，取向度和結晶度也越高，纖維強度越高。

2 棉纖維表面改性

棉織物也是應用較廣泛的產品[2]之一，具有多種優良性能。隨著人們生活水平的提高和消費觀念的更新，傳統的棉纖維和織物越來越不能滿足人們日益增長的需求。人們希望棉纖維除了保持自身的優良特性外，還具有其他優良特性。

然而，在棉花生長過程中，雜質經常在纖維表面堆積。同時，棉紗上漿的加工工藝使棉纖維保留蠟漿等雜質，影響棉織物的親水性。對棉織物進行適當的表面改性，可以提高棉織物的廣泛應用性。棉織物表面改性一般可分為納米改性、物理改性、化學改性、生物酶改性、糖聚殼改性和超臨界CO2流體改性等。對表面進行改性，可以使棉織物的功能性，如抗菌性能、抗皺性能、阻燃性能、超疏水或超親水性能等增加。

2.1 納米改性

納米材料和納米技術及其應用在新世紀科技發展中占有一席之地。納米材料由于其特殊的結構特征、表面效應和體積效應被賦予了一些優良的功能。以抗紫外線功能整理為例，采用納米級功能材料進行抗紫外線整理具有抗紫外線、耐熱、無毒、穩定性強等特點，同時，對織物起到屏蔽和反射紫外線的作用，不影響紡制品的色牢度、白度和強度等。Ferreira等[3]探索原位法的應用，成功將半導體生物光催化劑BiOCI和納米TiO2附著在棉纖維表面。結果表明：在纖維表面形成了均勻、連續、穩定的TiO2涂層，并且 BiOCl 顆粒分布在纖維表面，其穩定性和紫外可見光照射下的可見光吸收范圍明顯增強。

納米功能材料制成的紡織品可作為防靜電濾布、防塵服、野外工作服、帳篷等。經其處理的材料不僅耐酸堿，還可以形成保護膜，提高棉纖維的使用壽命。Liu等[4]采用兩步法在棉纖維表面生長SiO2/TiO2多層膜。首先，通過水解四乙氧基硅烷在棉纖維表面合成了SiO2顆粒;再通過溶膠-凝膠法在改性棉纖維表面生長TiO2納米粒子。結果表明，在纖維表面生長致密均勻的多層膜可以提高棉纖維的戶外應用性能。Bai等[5]采用單面浸法設計了一種天然耐酸堿的TiO2涂層棉織物，所制備的TiO2涂層棉不僅對紫外線照射和高溫有很好的穩定性，而且對機械磨損和不同pH值的酸堿溶液有很好的耐受性。

納米材料改性棉纖維使其不僅具有抗紫外老化功能，還具有優異的吸附率和降解效率、疏水性和阻燃性。Yu等[6]采用原位法合成聚苯胺/二氧化鈦（PANI/TiO2）并沉積在棉織物表面，由于聚苯胺與TiO2的協同作用，復合材料對羅丹明B （RHB）的降解效率可達87.67%。研究表明，表面活性劑的使用為CuO-NPs提供了更好的附著力，增強了其涂層的穩定性。王錦濤等[7]通過一步浸漬法將聚乙烯醇-二氧化硅納米粒子（PVA-SiO2）復合物涂覆在棉纖維表面，研究表明，棉纖維經過PVA-SiO2復合物涂覆后具有穩定的超疏水性，對正己烷、甲苯和氯仿的吸油量分別提高了47.0%、18.6%和26.2%。吉婉麗等[8]將氫氧化鎂[Mg（OH）2]凝膠沉積到棉纖維上，隨后將含有Mg（OH）2的棉纖維浸漬到聚二甲基硅氧烷（PDMS） 溶液，獲得表面粗糙且阻燃的超疏水棉織物。

2.2 物理改性

物理方法對棉纖維進行表面改性，不改變棉纖維的化學結構，改性試劑不與纖維素發生反應，主要是通過機械作用對織物進行處理，如陽離子化處理、低溫等離子體處理等。研究較多的是低溫等離子體改性，其原理是利用高能等離子體對織物進行表面刻蝕，使織物具有親水性和超疏水性。

2.2.1 陽離子化處理。

棉纖維的陽離子化處理不僅可以實現無鹽染色，提高活性染料的利用率，而且可以解決印染廢水處理困難的問題。天然高分子或陽離子聚合物通過浸化、烘干等過程吸附到棉纖維表面，改變棉纖維表面的電荷狀態。

利用物理性吸附陽離子試劑克服棉纖維表面的負電勢，可以實現棉纖維的陽離子物理改性。杜森等[9]將陽離子化淀粉應用于棉纖維改性，其活性染料染色結果達到了無鹽染色效果。此外，與傳統的含鹽染色相比，改性后的棉纖維耐水洗色牢度得到了提高，原料可循環利用。張敏[10]用低黏度的陽離子淀粉對棉纖維染色，提高了織物的勻染性。Ameri Dehabadi等[11]將聚氨基羧酸類物質處理到棉纖維上，實現了棉纖維的無鹽或者低鹽染色。Ma等[12]將聚乙烯胺氯化物用于纖維處理，發現纖維上的染料固著率比傳統染色高。

2.2.2 低溫等離子改性技術。

這是一種環保型的表面改性技術，其特點是通過物理改性來達到化學改性的效果。等離子體中的高速帶電離子轟擊纖維表面，在纖維表面產生一系列反應，對材料損傷小、污染少。因此，低溫等離子體廣泛應用于材料的表面處理和接枝改性等方面，也廣泛應用于紡織品，主要包括提高纖維吸濕性、提高紗線可紡性、提高染色性能和便于纖維脫膠處理、棉織物退漿處理等。

姜濤[13]研究發現木棉纖維經過等離子體處理后表面產生蝕紋，表面變得粗糙并產生毛細效應。一方面，改性過的纖維動態接觸角變小，表明了纖維的潤濕性有明顯提高;另一方面，纖維的斷裂強力并沒有發生明顯的下降，等離子體處理不影響纖維斷裂強力。這是因為未經處理的木棉纖維表面只有少量的親水基團，大部分都是C—C基團，而C—O基團很少，阻礙了染料與纖維的親和力，經過等離子體處理后木棉纖維表面C—C鍵減少，C—O鍵增加，纖維親水性的基團數量明顯增加，木棉纖維的親水性得到了改善。俞儉等[14]利用等離子體技術對木棉纖維表面進行刻蝕改性，在不損傷材料本體的情況下，最大限度地保留了其原有的機械性能，減少了化學品用量，降低了污水排放負荷。此外，通過增加纖維表面的親水性基團，可以提高木棉纖維活性染料的染色性能。朱虹燁等[15]設計對照試驗，利用低壓等離子體中的高能粒子對棉纖維表面進行轟擊，使棉纖維表面形成細小的溝槽，增加比表面積，引入親水基團，從而改善棉織物的表面性能。低溫等離子體改性后的棉纖維表面結構較為粗糙，破壞了棉織物的平整性，出現了大量的親水基團，可以大大提高棉織物的親水性，使棉織物達到瞬時吸附的效果。

2.3 化學改性

棉纖維的主要成分是纖維素。由于纖維素的化學結構中含有豐富的羥基，具有良好的化學反應活性，對纖維素進行化學改性可以有效地改善棉纖維的性能。化學改性的主要方法是交聯和接枝。交聯反應是指通過共價鍵將直鏈或支鏈的聚合物鏈連接起來形成網絡或形狀聚合物的過程，接枝反應是通過化學鍵將適當的功能性側基或支鏈與現有主鏈大分子鏈結合的反應。因此，接枝聚合是一種簡單有效的方法，不僅可以擴大聚合物的應用領域，而且可以改善聚合物材料的性能。例如，將棉纖維與具有生物活性的小分子反應后，將具有特殊生物活性的化合物接枝到其纖維素結構上，使棉纖維獲得特殊的性能，進而應用于生物醫學領域[16]。

纖維素分子骨鏈上的大量羥基可以與多種陽離子試劑發生反應，通過對纖維素的化學改性實現其陽離子化，可以增強和活性染料之間的親和力。纖維素的化學改性通常是通過小分子進行的，纖維素骨鏈中的羥基可以與多種陽離子試劑發生化學反應。Lewis等[17]用N-羥甲基丙烯酰胺（NMA）在Lewis酸的催化作用下，在Michael加成反應中成功改性棉纖維，對處理后的Cell-NMA進一步氨化，將氨基引入纖維素中（圖2）。試驗結果表明，在棉纖維中引入伯仲氨基后，增強了纖維素與染料的直接性，其固色率可達90%左右。將叔胺引入纖維素中，叔胺極易與活性染料發生反應形成離去基團，降低染色時的固色率。

2.4 生物技術 生物技術改性棉纖維主要分為生物酶改性和殼聚糖改性。隨著生化工程技術的發展及紡織綠色加工要求的提高，酶工藝已經成為紡織加工的重要發展方向之一。

2.4.1 生物酶改性棉纖維。

紡織酶技術是生化技術在傳統紡織工業中的成功應用，是紡織加工的一個新的領域，具有廣闊的發展前景。常用的酶制劑主要有淀粉酶、果膠酶和纖維素酶。淀粉酶對淀粉有一定的液化作用，常用于棉織物的淀粉退漿工藝。果膠酶可以分解棉纖維中所含的果膠，提高棉纖維和棉織物的潤濕性。

纖維素酶可以水解或降解纖維素，主要用于牛仔布的酶洗處理、棉纖維和棉織物的超柔軟整理，生物拋光，去毛球，改善起球性能等。牛仔布的回收利用是纖維素酶在紡織領域成功的應用之一。Etters等[18] 利用生物水解酶對棉織物進行整理，結果表明，生物水解酶在抗皺、柔軟、吸附、生物拋光和石磨洗滌等方面都有顯著效果。

2.4.2 殼聚糖改性。

甲殼質是一種從節肢動物的甲殼中提取的生物高分子，它是一種類似于纖維素的直鏈多糖。甲殼質脫除乙酰基后的產物稱為殼聚糖。殼聚糖無毒，對人體無害、無刺激，應用于織物表面上可賦予織物獨特的性能。殼聚糖和纖維素大分子含有大量的氨基和羥基，因此兩者的大分子具有相似的化學結構。殼聚糖大分子在醋酸溶液中溶解時，由于NH3+的存在而帶正電荷，對棉纖維有很強的吸附作用。與傳統的低甲醛整理劑相比，殼聚糖整理的棉織物不泛黃，白度、強力、耐水洗性能好。

黃玉麗等[19]采用殼聚糖對織物進行抗皺整理。研究表明，殼聚糖處理可以改善織物的染色性能，提高織物的染色率，同時還可提高織物的折皺回復角、硬挺度及拒水性，但手感較差。何新杰[20]采用有機硅和殼聚糖混合物多絲/棉牛仔綢進行整理，可以有效提高織物抗皺性，同時還具有較好的耐洗性，其他性能基本沒有變化，絲/棉牛仔布面料的原有特性得到了很好的保持。

3 超臨界CO2流體改性棉纖維

超臨界流體可以定義為超過其臨界溫度和壓力的物質。在這些條件下，流體具有獨特的特性，即其不會凝結或蒸發形成液體或氣體[21]。超臨界CO2因為其具有較低的臨界參數（31 ℃，7.3 MPa）、環保并且可以循環使用，被廣泛用作萃取、反應和材料合成的溶劑，具有許多獨特的特性，如高擴散率、溶解性、零表面張力和相對較低的臨界溫度，幾乎沒有熱變形的風險。在紡織工業中，超臨界工藝被認為是一種低污染且不含有害物質的工藝。例如，超臨界CO2被廣泛應用于合成纖維表面的染色、在纖維表面涂覆功能劑等。

3.1 超臨界CO2在棉纖維染色中的應用

天然纖維和合成纖維的傳統染色方法一直都需要大量的水，估計1 kg紡織品需要100 kg水[22]。水是有限的資源，染料廠的廢水中除了鹽和堿之外還含有大量的染料，造成了水資源以及環境的污染。隨著印染行業變得更加環保和可持續發展壓力的增加，染色行業應尋求“更環保”的染色方法，其中一種方法是使用超臨界CO2代替水作為染色介質。

Abou Elmaaty等[23]在超臨界CO2環境下使用乙烯基活性分散染料染色純棉織物。試驗以乙二酸二鈉作為膨脹劑，對棉織物進行了有效染色。Luo等[24]以超臨界CO2為染色介質制備了含乙烯基磺酰反應基團的偶氮基反應性分散染料。同時，在染料中使用了彩色羊毛和棉纖維。這些羊毛染料具有良好的顯色強度和固色性能（固色率為99.4%），棉染料也表現出良好的顯色強度。Gao等[25]合成了一系列含鹵化乙酰胺基團的活性分散染料，并應用于超臨界CO2對棉織物進行了染色。結果表明，染色棉織物的色強有良好的提高，耐洗、耐摩擦的色牢度也較好。Yang等[26]用一種簡便的方法合成了含單酰氟和雙酰氟基的分散染料，研究表明棉織物在超臨界CO2中最佳染色溫度60～120 ℃，染色時間1～3 h。由于染料的活性基團與棉纖維的官能團之間形成共價鍵，棉纖維的水洗和摩擦色牢度有了顯著提高。

3.2 超臨界CO2在棉纖維功能劑中的應用

棉花廣泛用于服裝和衛生用品，但因為它難以熔化，幾乎不溶于普通溶劑，因此應用仍然受到限制。在合成纖維的生產過程中，可將功能劑混入熔融聚合物中，使合成纖維具有特殊的功能。但棉花只能通過浸漬或分散處理將一種功能劑保留在纖維表面，這樣的處理不能使功能劑在棉花表面黏附牢固，功能劑效果會在短時間內降低。雖然添加黏合劑可以改善功能劑在棉花表面的黏附性，但黏合劑本身可能會干擾功能劑的作用效果。引用超臨界CO2技術，可以在不回避功能劑的獨特特性的情況下，將功能劑牢固地支撐在棉花表面，可以擴大棉花的應用范圍。

Mosquera等[27]采用超臨界CO2輔助浸漬法，開發了一種具有抗菌性能的棉纖維牙線材料。基于纖維素中晶體結構和非晶結構共存，Li等[28]在纖維素亞區利用超臨界二氧化碳（ScCO2）和纖維素酶耦合，試驗得到的納米纖維素最小有效直徑約為5 nm，表明納米纖維素具有良好的均勻性和穩定性。結果表明，偶聯法暴露出更多的游離羥基，增強了纖維素與底物之間的可及性，提高了納米纖維素的穩定性。因此，利用超臨界CO2的獨特特性，開發出一種改性棉織物表面并在棉織物表面強力支撐功能粒子的方法，可有效地拓展棉纖維的使用范圍。

3.3 超臨界CO2在棉纖維疏水工藝中的應用

從科學和實用的角度來看，不同質地各種織物的疏水工藝是當前研究的一個課題，具有重要的商業和工業意義。疏水紡織品在各種功能應用方面的需求非常旺盛，如雨衣、防污織物和服裝、防水戶外設備、醫藥織物、自潔紡織品等。通過使用低表面能化合物（疏水單體）對纖維進行改性，可以降低紡織品的表面能，在棉織物上形成疏水表面。Li等[29]利用水熱法將超疏水TiO2等“納米花”涂覆在棉織物上，這些織物具有自清潔和油水分離能力，可以增強織物的多功能性。二氧化硅、氧化鋁和聚合物納米顆粒也作為超疏水添加劑涂覆在棉織物上。然而，可持續性和環境問題限制了以上復合材料的應用。

超臨界流體的應用領域主要是處理多孔的材料，以恢復其原始性質（多相催化劑的再生等），并賦予材料額外的性質（例如具有殺菌和浸漬性能）[30]。在棉織物上形成疏水表面的一種更節能的方法是在超臨界流體介質中用疏水化合物浸漬織物。Kazaryan等[31]在超臨界CO2溶液中，同時沉積含有二異氰酸酯交聯劑的共聚物，可以使棉/滌綸織物的各個纖維獲得均勻的涂層，這種涂層具有更高的水接觸角。Bilalov等[32]探究了織物防水劑棕櫚酸銨在ScCO2中的溶解度，試驗的主要目的是使棉織物具有防水性，研究表明經過超臨界CO2環境下，棕櫚酸銨對各種棉織物處理后樣品的疏水性增加。

3.4 超臨界CO2在棉纖維導電材料中的應用

棉花具有天然柔軟、高吸濕性和保溫的特性，用于服裝和衛生用品已有幾千年的歷史。棉花約占世界纖維總產量的34%。當前，許多電子設備與電子、無線電波一起被廣泛應用，產生的電磁波會對人體和醫療設備產生不良影響。因此，電子設備制造商和醫療機構使用電磁波屏蔽材料[33]來防止電磁波的影響。電磁波屏蔽材料通常采用合成纖維材料，但在環保、舒適性、價格等方面存在一些問題，利用棉纖維制成柔韌、環保的導電纖維是解決這些問題的關鍵。

超臨界CO2廣泛用作萃取、殺菌、清洗和干燥的溶劑，并且超臨界CO2臨界溫度相對較低。超臨界CO2的處理過程被認為是低耗能過程、在紡織工業中無環境污染的處理方法。例如，超臨界CO2被廣泛應用于纖維的染色和UV穩定劑注入PP織物[34]。Iwai[35]用超臨界CO2化學鍍法制備導電棉，用超臨界CO2在80 ℃、20 MPa條件下將六氟乙酰丙酮鈀浸漬于棉布中2 h。然后，將棉布浸入50 ℃的NaBH4水溶液中2 h進行還原。透射電鏡分析發現，在棉花表面和棉花內部都有大量的Pd顆粒，且鍍銅布的電導率較高。

3.5 超臨界CO2在棉纖維酶中的應用

原棉纖維及其制品含有天然和人為雜質，約占纖維重量的40%。根據其種類、產地、培養條件、天氣和纖維成熟度等因素，原棉纖維通常含有各種天然非纖維素雜質[36]，例如果膠、蠟、木質素、蛋白質、天然油、脂肪、酸類、有機酸、糖和一些黃色或棕色色素。因此，去除這些雜質的各種預處理工藝是必不可少的。到目前為止，傳統的濕化學預處理工藝在去除原棉基質雜質中發揮著關鍵作用。然而，這些傳統的濕化學預處理工藝通常需要有毒化學品，例如濃堿、氫氧化鈉等，反應環境惡劣，在一定程度上造成了環境污染嚴重。此外，濃堿和濃酸化學品容易導致棉纖維受損、機械性降低，例如拉伸強度降低、織物收縮以及棉基材的手感退化。因此，人們開發了各種方法和工藝，以替代傳統的濕化學預處理工藝，制備更環保和成本效益更高的棉纖維，如棉花漂白的低溫預處理、低溫等離子體在棉基質預處理中的應用、超聲波技術或結合其他方法對棉織物進行預處理等。采用生物酶處理工藝不僅可以在產品質量和成本效益方面替代傳統的濕化學預處理工藝，而且更環保。酶對底物的作用具有很強的特異性和選擇性，因此每一種預處理酶只能催化一種反應來降解棉花基質上特定的非纖維素雜質，并且不會影響纖維素聚合物的主鏈，從而避免對棉纖維本身的破壞。此外，使用酶的生物過程副反應最少、節約用水和能源，并且反應環境安全健康。簡言之，在過去的幾十年中，紡織工業確實正在成為酶工業應用的主要領域之一。

近年來，在超臨界CO2流體的非水介質中，酶的研究和應用得到了發展。超臨界CO2流體介質具有許多優點，例如無毒、溶質的擴散速率比傳統液體中的高、副反應少、微生物污染風險低、與各種酶反應活性充足。Gremos等[37]在超臨界CO2中利用酶促長脂肪鏈纖維素酰化，并發現通過使用固定化脂肪酶、酯酶和角質酶，纖維素被長鏈脂肪族基團酰化。此外，Ciftci等[38]在超臨界CO2反應器中采用固定化脂肪酶作為生物催化劑，以玉米油為原料合成生物柴油，在優化條件下產品含量最高，約81.3%，比傳統生物柴油工藝更先進。

綜上所述，目前對超臨界CO2介質中不同酶的研究主要集中于其活性和穩定性，以及在生物催化合成、羧化、不對稱還原、對映選擇性酯化、酶酰化和天然產物提取等方面的應用。但迄今為止利用超臨界CO2流體中的酶對原棉織物進行預處理的研究較少，特別是在超臨界CO2介質中降解或去除原棉織物上的附加雜質和天然雜質的研究較少。Liu等[39]在超臨界CO2中利用酶和微乳液對棉織物進行預處理，開發了一種新型的生態友好型棉織物預處理工藝。結果表明，該生物處理工藝除雜效率高，處理基質的潤濕性明顯改善。同時，通過掃描電鏡的表面形貌分析進一步證明了其所提出的超臨界生物預處理方法對原棉織物的降解和去除雜質是有效的。因此，該工藝比傳統工藝更節約水和能源，并有望降低成本，更環保地生產棉織物或其他紡織品。

4 展望

棉纖維是紡織加工業的重要原料之一，同時也是自然界豐富的可再生資源和天然綠色高分子，具有優良的保暖性、吸濕性、透氣性。通過改變棉纖維表面性能可以賦予其更多的功能，有效拓展棉纖維的應用領域。

超臨界CO2輔助改性后的棉纖維不僅可以改善自身缺點，還可以擁有新的性能，例如阻燃、導電、抗紫外線老化、超疏水等。材料科學的發展促使人們對機械和電子材料的各種性能進行研究。與此同時，微電子技術和計算機技術的迅速發展解決了快速控制和信息處理的問題。這些都為新型智能材料的誕生提供了有利條件，也為棉纖維的改性和棉制品的加工整理開辟了廣闊的研究空間。

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