以水抽紗? 英國劍橋大學推環保蜘蛛絲

2017/07/20

文＝黃晟睿

英國劍橋大學找到一種使用水作為溶劑抽取人造纖維的方法，宣稱可媲擬蜘蛛絲的高強力、超彈性，而且可以100%回收。

蜘蛛絲集柔軟、輕巧、強韌和彈性於一身，是自然界中強力最好的纖維，科學家們一直試圖模仿它。先後已有日本Spiber以及瑞士AMSilk使用動物性蛋白開發出模仿蜘蛛絲的纖維，並已量產問市，例如AMSilk與知名運動品牌adidas合作利用模仿蜘蛛絲蛋白的人造纖維BioSteel製作概念跑鞋 Futurecraft Biofabric，Spider也與The North Face合作開發Moon Parka外套。
今年英國劍橋大學更使用纖維素及二氧化矽、以水作為溶劑抽絲來製作模仿蜘蛛絲的纖維，因為不使用動物性蛋白及化學溶劑，對環境更加環保與友善。

從水中提取仿生蜘蛛絲

本項研究由Oren Scherman教授領導的劍橋大學化學系 Melville 高分子合成實驗室與Michael Ramage博士領導的建築系國家材料創新中心共同合作。目前研究成果已於《美國國家科學院學報》（Proceedings of the National Academy of Sciences）發表。
實驗團隊以一種糊狀水凝膠為抽絲原料，據透露，水凝膠係純天然原料，由98％的水與2％的二氧化矽和纖維素組成，藉不同成分之間的相互化學作用使得凝膠中能拉出纖維。

更環保的製程

抽絲時，水凝膠經過紡嘴絲的孔洞因分子結合產生鍵結，所以可以將纖維從仿嘴拉出，形成長絲且極纖細的纖維。約30秒後，水分蒸發纖維成型，水凝膠變為高強力且有彈性的仿蜘蛛絲纖維，直徑約百萬分之一公尺。
這種新方法讓合成蜘蛛絲可以在常溫下製造，過程不需要使用大量能源，同時以水取代有害溶劑，也能減少有害物質的使用。而且未來此種抽絲方式還可以擴及其他纖維，進化各類合成纖維的製作方式。

二氧化矽與纖維素經化學反應形成高分子。Credit：University of Cambridge

不僅超高彈力，且比釣魚線還強韌

不過研究室也坦承，相較於此前日本Spiber的動物性人造蛛絲具有4倍鋼鐵的強度，以水凝膠方式製作的蜘蛛絲強力雖僅約100〜150兆帕，但已較一般的合成纖維以及纖維素纖維都還要高，也超過了人或動物毛髮等天然纖維。
但水凝膠蜘蛛絲勝在它的彈性能力，由於橡皮筋的彈力意味著可以吸收大量的能量。很少合成纖維有這種彈力，研究人員發現，在某些情況下，彈性甚至超過現今的彈性纖維。