绿色纤维纺织品现状及其在高中化学教学中的应用

　　[摘 要] 通过概述绿色纤维中的天然彩色棉花纤维、天然“不皱棉花”纤维、麻类纤维、竹纤维、甲壳素纤维、牛奶蛋白纤维、蚕丝纤维、蜘蛛丝纤维、聚乳酸纤维的来源、分类、制作工艺、功能、市场等，结合高中化学教材内容，采用讨论、交流分享等多种教学方法进行课堂授课，引入具体情境分享绿色纤维纺织品的应用，让学生在解决实际问题的过程中激发学习兴趣，从而认识绿色纤维纺织品的应用对人类的影响。

　　[关键词] 绿色纤维;纺织品;高中化学

　　近年来用绿色纤维制成的服饰由于具有穿着舒适、外形美观、功能性较强、对人体健康有益等优点而被广大消费者所喜爱。随着人们生活水平的不断提高，更多消费者意识到绿色纤维对生活环境和生活品质带来的好处。

　　一、绿色纤维

　　绿色纤维的特征有：(1)生产纤维的原料来自可再生资源或可利用废弃物。(2)纤维生产过程不会对环境造成污染。(3)纤维制成品废弃物可被回收利用或能在大自然中自然降解，不会对生态环境造成危害。(4)纤维制成品在使用过程中对人体具有某种或多种保健功能。

　　二、绿色纤维与化学教学

　　1.天然彩色棉花纤维是在自然种植的情况下收获的有色棉纤维，其本身具有颜色。据记载，我国南方地区在明清时期已经有一种天然棕色棉花，且当时人们将用这种天然棕色棉花织成的布称为“紫花布”[1]。天然彩棉制成纺织品的过程减少了染色造成的各种污染。随着彩色棉种植面积的不断增大，用彩色棉花加工的纺织品在欧美、日本等国家和地区迅速走俏。我国也成功培育种植出红、橙、黄、绿、棕、紫、灰等彩色棉花品种。通过对彩色棉內容的讲解，让学生知道，用天然彩色取代化学染色剂可减少环境污染。自然界的彩色原料更应该被关注。

　　2.天然“不皱棉花”制成的纺织品具有抗皱性能。美国农业公司已经培育出带有外源基因的“不皱棉花”[2]。用这种棉花制成的纺织品可以达到免烫效果，从而消除甲醛抗皱剂对人体造成的危害。通过对天然抗皱剂内容的讲解，让学生知道，天然抗皱剂替代甲醛抗皱剂可减少化学试剂的使用，对人体健康更有益。

　　3.麻类纤维制成的纺织品质地优良，具有性凉、悬垂性好、滑爽、防霉、抗菌抑菌性强、抗静电、不吸尘、吸湿排湿功能等优点[3]，深受广大消费者的喜爱。人们用麻纤维制成衣服、麻线、麻袋、鞋子等生活用品。通过对天然麻类纤维内容的讲解，让学生知道，麻类纤维制成的衣服比人工合成纤维制成的衣服更环保、更健康、更舒适。

　　4.竹纤维分为再生竹纤维和天然竹纤维两种。再生竹纤维以竹浆为原料，采用化学的方法将竹片制成浆粕经溶解纺丝，再做成各种纺织品[4]。原生竹纤维是用机械、物理等方法将竹子直接加工制成的纤维[4]。与天然竹纤维相比，再生纤维可纺性能更好，但天然竹纤保健性能更强。竹纤维制成的纺织品具有良好的绿色环保性，制品质地柔软、滑爽、亲和肌肤，能改善人体微循环，激活组织细胞，有效调节神经系统，疏通经络，使人体产生温热效应，改善睡眠质量，具有很好的保健功能[5]。通过对竹纤维内容的讲解，让学生知道，天然竹纤维比再生竹纤维在制造过程使用的化学试剂更少，排放的污染物更少，对环境保护更有利。

　　5.甲壳素纤维是一种动物纤维素，存在于虾、蟹、昆虫等甲壳动物的壳内和蘑菇、真菌、细菌等的细胞膜内[6]。甲壳素纤维原料来源比较丰富，可用废弃的虾壳、蟹壳类、蘑菇等制成。甲壳素纤维制成的纺织品，具有抗菌性能，如抗菌防臭功能的袜类、鞋的内饰等。目前，甲壳素纤维已实现批量生产，但成本较高，还有一些技术难题没有解决。通过对甲壳素内容的讲解，让学生知道，在甲壳素纤维的生产过程中还存在一些技术难题，需要学生认真学习化学知识，未来解决这些问题。

　　6.牛奶蛋白纤维是以牛乳作为基本原料加工而成[7]。牛奶蛋白纤维制成的纺织品，不会对皮肤造成过敏反应，对人体皮肤有天然的保护作用。用牛奶纤维做成的服饰，穿在身上有一种清爽透气的感觉，还具有天然抗菌功效，是制作贴身衣物或床上用品的优选面料。牛奶纤维纺织品具有立体多隙的微孔结构和纵向表面的沟槽结构，成品具有冬暖夏凉特性。通过对牛奶蛋白纤维内容的讲解，让学生知道，牛奶不仅可以喝，还可以用来做衣服。

　　7.蚕丝纤维是一种天然的蛋白质纤维，蚕丝由外层的丝胶和内层的丝素组成。最早只是作为纺织纤维用于制作服饰、棉被等日常生活用品。蚕丝具有良好的力学性能、生物相容性、可控的生物降解性等多种优异性能，被用作生物相容性的医用材料，并应用在组织工程、伤口敷料、药物缓释、医学缝合等多个方面。蚕丝的外层丝胶是由小分子的氨基酸物质组成的一种天然大分子蛋白质，它对丝素起保护和胶粘作用，除含少量蜡质、碳水化合物、色素和无机成分外，主要是丝胶蛋白[8]。通过对蚕丝纤维内容的讲解，让学生知道，蚕丝纤维不仅可以做衣服，还可以用于伤口包扎。

　　8.蜘蛛丝是一种生物高分子蛋白纤维。蜘蛛丝纤维具有韧性大、弹性好、强度大、表面光滑柔软、抗紫外线能力强、摩擦系数小、生物可降解性良好等优点。蜘蛛丝纤维制成的纺织品，抗静电性能优于合成纤维，导湿性能好于蚕丝，是耐高低温的理想材料。目前，主要是通过获取蜘蛛丝蛋白基因后，利用已有的氨基酸重复序列信息，人工合成其类似的DNA片段，得到蜘蛛丝[9]。通过对蜘蛛丝纤维内容的讲解，让学生知道，蜘蛛丝不仅能织网，还能做衣服，让学生都有机会成为“蜘蛛侠”。

　　9.聚乳酸纤维是一种新型绿色环保纤维面料。主要以玉米粉、秸秆、石油等为原料。聚乳酸纤维制成的面料，具有高强力、快速透湿性、光泽好、一定的抗紫外性能、回弹性好、蓬松保暖、良好的阻燃性、无致敏性、低气味残留等性能[10]。聚乳酸纤维的最大的特点是具有良好的生物可降解性，被列为“中国制造2025”重点发展的高分子材料之一。新冠肺炎疫情期间，大量废弃口罩在处理时比较麻烦，给环境带来一定影响。用聚乳酸纤维做无纺布制成的口罩可解决废弃口罩回收降解带来的巨大难题。目前开发生产的含聚乳酸的面料具有优良的芯吸效果、吸湿排汗、抑菌防螨、防霉变功能，其抗静电性能优于涤纶、锦纶，抗污、抗皱性优于棉纤维及其他纤维素纤维。通过对聚乳酸纤维内容的讲解，让学生知道，聚乳酸纤维制造的产品可生物降解性好，是一种很好的绿色材料。

　　三、绿色纤维纺织品在高中化学教学中的应用

　　本课时教学内容选自人教版普通高中教科书《化学》选择性必修3第五章第二节高分子材料2合成纤维。

　　环节一：为导入合成纤维，用多张图片展示纺纶纤维材料制造的轻型飞机。让学生认识到纤维与人类的生活息息相关，是生活的必需品。羊毛、棉花、蚕丝和麻是大自然赋予人类的天然纤维。化学纤维包括再生纤维和合成纤维两种。木材、秸秆等农副产品经加工处理可以得到再生纤维[9]。以天然气、煤、石油为原料，将其转化为单体，再经过聚合反应得到合成纤维。

　　环节二：以“轻型飞机机身的原料探究”为主题活动，让学生查阅关于芳纶纤维材料相关知识，分享芳纶纤维的史料，对芳纶纤维的由来、应用、发展前景等展开讨论交流。

　　芳纶纤维的史料史实：芳纶纤维最初为宇宙开发材料和重要的战略物资[9]。后来，芳纶纤维作为高技术材料被大量用于民用领域[11]。芳纶的全称是“芳香族聚酰胺纤维”，是一类新型的特种用途合成纤维。其中最具实用价值的一是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维，称为芳纶1313;二是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维，称为芳纶1414。

　　芳纶纤维的应用：芳纶纤维在工业领域中也得到了广泛的应用，如光纤防护、高温过滤袋、汽车胶管、轮胎、音响弹波布、动力传送带、运输带、转移印花毯、胶鞋鞋底等。在个体防护领域，芳纶可以制成防弹衣、防弹头盔、防弹装甲、消防服、消防面罩、军警作训服、防切割手套等。在交通领域，可以来做成飞机零件，以及汽车、游艇、高铁的阻燃内饰及织物。芳纶还能做成芳纶纸，用于电机、变压器、电子电器的绝缘[12]。

　　绿色纤维的发展前景：绿色纤维具有品种多、来源便利、综合性能好的优点，可广泛应用于服装、装饰等领域，但部分品种存在产量与指标方面的限制。如果纺织企业能合理选取生物质化学纤维、循环再利用纤维、原液着色纤维等绿色纤维原料和生态纺织新技术，则不仅能从源头上改善能耗高、污染大的行业现状，同时也能满足市场需求，迎合消费者意愿，进一步促进纺织产业发展。

　　环节三：以“妈妈为宝宝选服装”为主题，帮妈妈选用安全舒适的服饰为情景。很多妈妈都希望给宝宝寻找安全、舒适、无化学添加剂材料制成的衣服，以保护他们娇嫩的肌肤。学生用所学绿色纤维知识进行面料选择，能够对绿色纤维的知识进行正向迁移，让学生知道绿色纤维在纺织品中的应用，从而使学生对绿色纤维有更深刻的认识。

　　可用于服饰的绿色纤维的种类：天然彩色棉花纤维、天然“不皱棉花”、麻类纤维、竹纤维、甲壳素纤维、牛奶纤维、聚乳酸纤维等。

　　服饰面料应具备的基本性能：不会伤害人体肌肤、吸湿排汗、抑菌防螨、防霉变，抗静电性能优于涤纶、锦纶，抗污、抗皱性优于棉纤维及其他纤维，同时不易燃烧、发烟量小、无毒，适合高档、舒适、功能性纺织品面料。

　　服饰废弃后的降解处理：为符合“绿色环保”理念，废弃的服饰应能进行生物降解。例如：聚乳酸纤维制成的服饰在废弃之后能很好地进行生物降解，将聚乳酸纤维与混合肥进行均匀混合，在60℃的环境中发生水解，让大块的聚乳酸纤维分解成碎屑，在特种细菌的作用下将分解后的碎屑蚕食殆尽，实现完全降解。聚乳酸纤维埋入泥土进行降解，在泥土中大量微生物的啃食下，花费6～12个月的时间即可完成聚乳酸纤维的自动降解。聚乳酸纤维浸渍海水中降解，经海水的浸泡，使絮片在微生物分解下生成碳酸气和水。聚乳酸纤维降解后的产物，可作为光合作用的原材料合成淀粉。经过聚乳酸纤维生物降解生成二氧化碳和水;二氧化碳和水可作為光合作用的原材料合成淀粉，经过这样一个循环过程，既能重新得到聚乳酸初始原料淀粉，又减少了空气中二氧化碳温室气体的排放，实现真正意义上的绿色环保。用多种方法都能进行生物降解，对环境没有污染，实现了真正的来自自然、回归自然的绿色理念[13]。

　　绿色纺织品的展望：随着人们生活水平的提高，对服饰的要求也越来越高，绿色纤维在纺织品行业的使用将越来越广泛，绿色纤维的开发、使用将成为社会发展的必然趋势。

　　环节四：结合实际生活谈谈绿色纤维在纺织品领域的其他用途。随着新冠肺炎疫情在全球范围的传播，各个国家和地区对一次性医用口罩的需求量非常大[14]。一次性口罩的主要成分为高分子材料聚丙烯等，主要由防水层、过滤层、耳带、鼻梁条等部件组成。防水层和过滤层均以聚丙烯无纺布超细纤维为主体材料。耳带以聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氨酯等作为常用材料，鼻梁条以聚丙烯/镀锌铁丝、聚乙烯/镀锌铁丝或铝条等作为常用材料。如何处理疫情防控产生的大量废弃一次性口罩，充分认识其回收处理的必要性，加快开发增值利用新技术，已成为保护生态环境的重大课题。

　　小结：本次课程主要从实际生活情境出发，提出实际问题，学生通过解决实际问题的方式进行资料查阅、讨论交流、分享等。通过自主学习的方式让学生在自由的学习氛围中学习绿色纤维的来源、性质、用途等。学生在分享绿色纤维生物降解时，明白了废弃物对自然环境的危害，让学生树立环境保护意识。学生通过问题情境的形式进行学习，通过问题解决的主线探索，提高学习绿色纤维知识的兴趣。

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文章名称： 绿色纤维纺织品现状及其在高中化学教学中的应用

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