综述：生物基非织造材料的最新进展：可持续生产、应用与循环经济

《Journal of Natural Fibers》：Recent Advances in Bio-Based Nonwoven Materials: Sustainable Production, Applications, and Circular Economy

绿色材料、生物基非织造布、可持续循环经济、应用技术、生命周期评估、挑战与解决方案、政策框架、智能算法优化、跨行业协作

　　随着全球对环境和生态问题的日益关注，开发来自可再生资源的绿色材料的社会价值愈发凸显。非织造材料相比传统纺织品具有生产成本低、在各个领域应用广泛以及轻质等优势，这使得它们成为可持续替代石油衍生材料的重要候选。通过使用如纤维素、改性纤维素、再生纤维素、壳聚糖、海藻酸盐、农业废弃物、聚乳酸（PLA）和聚羟基烷酸酯（PHAs）等生物基材料，非织造材料能够有效应对塑料污染和资源枯竭等挑战，通过提高生物降解性、降低碳足迹和与循环经济理念的结合。本文综述了生物基非织造材料的环保制备方法和技术的最新进展，重点探讨了绿色、可扩展的制造、性能提升以及生命周期可持续性。此外，还分析了诸如机器学习设计、混合复合材料和政策框架等挑战和解决方案，同时强调了其在生物相容性医疗纺织品、家用纺织品、包装、个人防护装备、建筑材料、空气过滤、水净化、气体吸附以及航天技术等领域的应用。最后，本文还探讨了生物材料非织造布、监管最佳实践和跨行业合作的未来方向，以推动可持续循环经济的广泛应用。本研究填补了文献空白，为研究人员、行业和政策制定者提供了可操作的见解，以促进生物基非织造布的采用。

非织造技术的发展历程可以追溯到数千年前，从最早的毡织技术到现代的熔喷和静电纺丝等工艺，非织造材料在不同历史阶段经历了显著的演变。现代非织造技术不仅在工艺上不断进步，还在可持续性方面取得突破，通过利用可再生资源和环保制造流程，减少了对化石燃料的依赖和环境污染。例如，使用植物纤维、动物纤维和生物基合成树脂（如PLA、PHAs和聚丁烯琥珀酸酯（PBS））的非织造材料，能够有效降低碳排放，并且在工业堆肥条件下实现完全生物降解。此外，非织造材料的制备技术也不断创新，包括溶剂回收技术、酶促结合和3D打印等方法，这些技术在减少资源消耗和提高生产效率方面展现出巨大潜力。

在非织造材料的制备过程中，各种方法被广泛应用于不同材料和用途。其中，湿法和干法是非织造材料的主要制造工艺，它们通过纤维的分散和固化，形成具有特定性能的非织造织物。湿法非织造技术通过将纤维与水混合，形成纤维浆料，并通过排水和固化工艺生产织物，而干法则通过空气流或机械梳理将纤维排列成织物。这些方法不仅影响材料的结构和性能，还决定了其在不同应用场景中的适用性。例如，湿法非织造材料在农业和医疗领域表现出色，而干法则更适合用于生产具有高透气性和柔软触感的卫生用品。此外，随着纳米技术的引入，非织造材料的性能进一步提升，例如纳米纤维素在水过滤和空气过滤中的广泛应用，以及壳聚糖在抗菌和生物相容性材料中的突出表现。

非织造材料的改性处理技术同样在提升其性能和适用性方面发挥了重要作用。通过化学、物理和生物方法对非织造材料进行表面改性，可以改善其亲水性、疏水性、抗菌性等特性。例如，通过酶促结合技术，可以将纤维素与天然或合成材料结合，提高其耐用性和环保性。此外，纳米纤维素的引入使得非织造材料在高灵敏度传感器和过滤系统中展现出优异的性能。这些改性技术不仅增强了非织造材料的功能性，还为其在更广泛的应用领域提供了可能性，如医疗纺织品、环保包装和建筑材料等。

非织造材料在实际应用中的表现，特别是在医疗和环保领域，展现了其巨大的潜力。例如，基于纤维素和壳聚糖的非织造材料被用于伤口敷料，其抗菌性能和生物相容性显著优于传统合成材料。此外，非织造材料在水和空气过滤中的应用，通过其高孔隙率和优异的吸附性能，为解决污染问题提供了有效方案。在农业中，生物基非织造材料被用于覆盖作物，通过抑制杂草生长和保持土壤水分，实现了可持续的农业实践。这些应用不仅提升了非织造材料的性能，还进一步推动了其在不同行业中的普及。

然而，尽管生物基非织造材料在性能和环保方面表现出色，但其大规模生产和应用仍面临诸多挑战。例如，生产成本较高、材料性能的稳定性不足以及缺乏统一的生物降解认证标准等。为了解决这些问题，研究人员正在探索多种创新方法，包括机器学习技术用于优化非织造材料的制造工艺，以及通过混合复合材料提高其性能和可持续性。此外，政策支持和行业合作在推动生物基非织造材料的广泛应用中也扮演着关键角色。例如，欧盟的“一次性塑料指令”和美国的USDA BioPreferred计划正在通过制定标准和提供补贴，促进生物基材料的使用。

展望未来，生物基非织造材料的发展方向将更加注重材料多样性和循环经济的实施。通过利用第二代原料，如农业废弃物和藻类，可以有效降低生产成本并减少与食品原料的竞争。此外，通过化学回收技术，如生物基聚丙烯的热解回收，可以实现材料的再利用，进一步推动非织造材料的可持续发展。同时，随着人工智能和生命周期评估（LCA）技术的应用，非织造材料的设计和生产将更加精准和高效。这些努力不仅有助于提升非织造材料的性能，还能够推动其在多个行业中的广泛应用，为构建一个可持续的未来提供有力支持。