《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Enhancing (Super)hydrophobicity of Natural Fibers: An Overview of Methodologies and Their Sustainability Assessment
编辑推荐：
日益加重的监管压力加速了基于自然的全氟和多氟烷基物质（PFAS）替代品在疏水性纺织品涂层方面的发展，这是出于对持久性和毒性的担忧。尽管取得了重大进展，但研究仍然零散，方法多样，且对环境及工业性能的比较评估有限。本综述系统地研究了用于施加不含PFAS的、基于自然
日益加重的监管压力加速了基于自然的全氟和多氟烷基物质（PFAS）替代品在疏水性纺织品涂层方面的发展，这是出于对持久性和毒性的担忧。尽管取得了重大进展，但研究仍然零散，方法多样，且对环境及工业性能的比较评估有限。本综述系统地研究了用于施加不含PFAS的、基于自然的低表面能材料的湿法和干法方法，以及诱导表面粗糙度的方法，重点关注可持续性指标，包括能源和水资源使用、溶剂消耗、时间效率、可扩展性、多功能性、废物产生、成本、性能和耐久性。每种方法还通过结合环境影响和工业可行性的综合可持续性评估进行额外评价，以确定最实用和最环保的策略。通过突出关键瓶颈并描绘生物基化学工艺设计中的机遇，本综述提供了一条战略路线图，以加速对当前状态的理解，并为不含PFAS替代品和天然纺织品疏水整理的规模化及工业应用迈出第一步。此外，对2008年至2024年间所报道技术的频率分析揭示了方法学发展的时间趋势，并突出了推动向更可持续疏水纺织品工程转型的主导方法和新兴技术。
**研究背景与问题**
天然纤维（如棉、麻、黄麻、丝和羊毛）以其可再生、可生物降解及低环境足迹等优势，约占据全球纺织品产量的30%。然而，其固有的亲水性（源于纤维素和蛋白质结构中丰富的羟基和胺基）导致易湿、易沾污和易受微生物附着等问题，限制了其应用。赋予其疏水或超疏水性能可克服这些缺点，但若采用环境有害的改性方法，则会使其失去可生物降解性。全氟和多氟烷基物质（PFAS）因其环境持久性和毒性而受到全球范围内日益严格的监管，例如欧盟REACH法规、法国和丹麦的国家禁令以及美国TSCA法案等，均推动纺织行业向不含PFAS的疏水化方案转型。目前，针对天然纺织品的无氟疏水涂层研究虽创新性强，但存在方法碎片化、实际性能评估不足（如耐久性测试常被忽略）、缺乏系统性可持续性比较评价等问题。为此，研究人员开展了一项全面的综述研究，旨在系统分类并评估用于天然纤维的无氟疏水改性方法。
**主要研究方法**
研究人员从2008至2024年间超过100项研究中筛选出49篇涉及至少一种天然化合物的文献进行详细分析，采用了多层次的可持续性评估框架：首先基于门到门（gate-to-gate）标准（包括简便性、成本、能耗、溶剂和水用量、时间效率、可扩展性、多功能性、废物产生、耐久性和功能性）进行定性评估；其次，针对能耗、水耗、溶剂消耗和废物产生四个关键指标进行定量分析，并以每平方米织物（200 g/m2）为功能单位归一化；最后，通过半定量方法整合环境影响与工业可行性得到综合可持续性得分。
**研究结果概述**
1. **方法分类与频率分析**：湿法工艺占主导地位（约92%），其中纳米颗粒技术（~27%）、浸涂（~24%）、浸轧-烘干-固化（PDC，~16%）和喷涂（~11%）最为常用。干法工艺（如等离子体和激光）使用率低（分别约4%和1%）。
2. **环境与可持续性评估**：喷涂、滴涂和旋涂的环境影响最低；浸涂和配位自组装因高水耗/溶剂消耗/废物产生而排名靠后。综合评估显示，喷涂法综合可持续性得分最高（3.5），兼具低环境影响和良好工业可行性。PDC（2.5）、等离子体处理和激光烧蚀（2.5）为第二梯队，但在工业可行性（如资本成本高或集成困难）上存在局限。实验室规模技术（如旋涂、溶剂浇铸、逐层自组装）可扩展性差，工业适用性低。
3. **关键发现与权衡**：多数天然涂层可实现优异疏水性能（水接触角>150°），但耐久性仍是挑战，常需与合成组分（如聚二甲基硅氧烷、硅烷）结合以提升力学稳定性。这造成了耐久性与可生物降解性之间的权衡。研究指出，通过结合湿法和干法工艺（如等离子体活化与生物基湿法涂层联用）的混合策略，有望平衡性能、可扩展性和环境责任。
4. **未来方向**：未来研究应优先制定标准化可持续性指标，重点关注循环性（涂层可回收性、安全降解途径），并推动干法/半干法技术的可扩展模块化设备开发，以及探索电纺丝、超临界CO?处理和泡沫整理等新兴技术。
**结论**
本综述系统评估了增强天然纤维（超）疏水性的无氟方法，通过综合环境影响与工业可行性评估，为可持续纺织品疏水化提供了指导。喷涂法被确定为近期最可持续的方案，PDC法因现有基础设施而保持实用性，而等离子体和激光技术虽具环境效益，但受限于高成本和规模化挑战。研究发现，尽管大量天然涂层能实现优异拒水性，但工艺设计同样主导着整体可持续性结果。未来路径在于优化可扩展的涂层平台，同时发展绿色化学与闭环制造策略，以推动资源节约型纺织功能化技术的发展。
