张伟华副研究员 Ind Crop Prod：超细菌丝纤维/水性聚氨酯类皮革织物:一种可规模化制备的高性能环保材料

点击数：1142025-05-21 00:00:00　来源: 四川大学 皮革化学与工程教育部重点实验室

　　动物皮革产品因其优异的强度、柔韧性、透湿性，以及独特的美观性被广泛应用于服装、家具、汽车内饰等领域，但动物皮革生产周期长，消耗大量水资源、能源和土地。

　　作为替代材料，超细纤维合成革在外观、触感和力学性能方面已接近动物皮革，还具备质量稳定性高、工艺适配性强（如适用于自动化裁剪）等优势，现已成为合成革市场的主流产品之一。然而，该材料所用的超细纤维通常表现出较低的亲水性，导致其吸湿透气性能显著低于动物皮革，在穿着时易导致闷热不适。此外，该材料依赖石化原料，生产工艺复杂，存在设备投入大、能耗高、化学品消耗多等问题，严重阻碍其可持续发展。
　　相比之下，菌丝体可生长形成轻质、高透气性的类皮革材料，其手感和纹理高度模拟动物皮革，且生产过程环境负荷较低，但在规模化生产和产品稳定性方面仍需优化。如何利用天然可再生原料制备高性能类皮革材料，并开发低成本的大规模制备工艺，仍是当前亟待解决的关键科学问题与技术挑战。
　　基于此，四川大学石碧院士团队张伟华副研究员课题组在《Industrial Crops & Products》期刊（2025, 226:120632）发表最新研究成果，报道了一种可规模化的环保型类皮革材料制备工艺。该研究以杨木锯屑等天然基质培养的灵芝菌丝体为原料，通过机械解纤获得超细菌丝纤维（SMF），与水性聚氨酯（WPU）按优化比例复合后，采用直接浇铸-烘箱干燥一体化工艺，制备了强韧、手感丰盈且吸湿透气的类皮革织物，为可持续类皮革材料的规模化生产提供了新的技术路径。
图文导读
　　本研究开发了一种基于菌丝纤维（SMF）的环保型类皮革材料制备方法（图1）。通过杨木基质培养（24℃，7天）和机械解纤获得SMF悬浮液，每千克基质经过四轮采收后，菌丝体累计产量可达123.6g。与石油基超细纤维相比，SMF在可持续性、负碳排放和成本效益方面优势显著。通过简易浇铸工艺将SMF与水性聚氨酯复合，成功制备出尺寸为28×25×0.1cm的类皮革材料，其柔韧性和手感近似动物皮革。该工艺具备易于规模化、化学品用量少且无需有机溶剂等优势，为可持续类皮革材料的工业化生产提供了创新解决方案。

图1. SMF/WPU 类皮革材料的制造

　　首先，对SMF/WPU类皮革复合材料进行了系统的形貌表征（图2）和力学性能测试（图3）。扫描电镜表明，纯WPU呈致密结构，而SMF则呈现出纤维状多孔结构（平均直径0.92μm）。当SMF含量达到50%（SMW-50）时，复合材料形成均匀的三位互穿多孔网络结构，孔隙率增至68.9%，是WPU的13倍，平均纤维直径增至1.03μm，表明WPU对SMF的均匀包裹。均匀多孔的结构是材料吸湿透气性提高的基础。力学测试表明，随着SMF含量的增加，复合材料力学性能显著提升，特别是当SMF含量增至50%时，复合材料拉伸强度达到18.81 Mpa，较WPU提高了300%，1 mm×7.4 mm的样品即可承受1kg载荷，展现出卓越的机械强度。这些结果表明了菌丝纤维在改善类皮革材料性能方面的潜力。

图2. SMF/WPU 类皮革材料的形貌表征


图3. SMF/WPU 类皮革材料的机械性能

　　进一步，对材料的吸湿性能、干燥速率和透气性能进行了表征（图4）。结果显示，SMF的加入显著改善了材料的水分管理能力，从而使材料的穿戴舒适性得到提高。首先，SMF的加入使复合材料吸水性大幅增加，当SMF添加量为50％时，材料表现出快速吸水特性，可在40秒内完全吸收表面水滴，吸水率达到了72.8%。同时，材料的干燥速度与常规纺织品以及皮革相比具有明显优势（是棉织物的1.44倍），可确保汗液高效蒸发，避免潮湿带来的穿着不适感。此外，复合材料的透水汽性能具有温度响应特性，能够根据环境温度动态调节透汽性。在低温条件下，材料保持较低的水汽渗透率以减少热量散失；而在室温或更高温度下，其透汽性显著提升，从而优化不同环境下的穿着舒适度。

图4. SMF/WPU 类皮革材料的吸湿率、干燥速率和透气性能主要研究结果
　　论文信息Scalable production of robust, moisture-wicking, and breathable superfine mycelium fiber/waterborne polyurethane leather-like textile via direct casting and oven-drying
Yang Hao, Huiqiang Wang, Deyue Tian, Weihua Zhang*,  Bi Shi
　　文章链接:https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.120632
作者简介
　　第一作者  郝旸，2023级轻工科学与工程学院硕士生。师从石碧教授和张伟华副研究员，研究方向为菌丝体功能材料制备。
　　通讯作者  张伟华，博士，特聘副研究员。主要从事植物生物质的研究工作。专注于植物生物质资源的转化、多尺度调控及功能开发，并推动其在食品、纺织、建筑、包装等领域的广泛应用。