生物基化學(xué)纖維的研發(fā)現(xiàn)狀淺探

程德寶

摘要： 生物基化學(xué)纖維及其原料是我國戰(zhàn)略性新興生物基材料產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，具有生產(chǎn)過程環(huán)境友好、原料可再生以及產(chǎn)品可生物降解等優(yōu)良特性，有助于解決當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所面臨的嚴(yán)重的資源和能源短缺以及環(huán)境污染等問題，同時能滿足消費(fèi)者日益提高的物質(zhì)生活需要，增加供給側(cè)供應(yīng)，促進(jìn)消費(fèi)回流。

關(guān)鍵詞： 生物基化學(xué)纖維；研發(fā)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

盡管生物基合成纖維正在持續(xù)高效地發(fā)展，仍不能取代現(xiàn)有的石油基材料，生物基高分子材料的實用性研究尚處于初期階段，生物可降解聚合物的開發(fā)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，生物基纖維材料不僅是服裝、家紡、產(chǎn)業(yè)用紡織品的原料，還是重要的基礎(chǔ)材料和工程材料，在很多領(lǐng)域可以有更多更廣的應(yīng)用。

一、生物基化學(xué)纖維的研發(fā)現(xiàn)狀

1.PLA纖維

PLA纖維是一種可生物降解的熱塑性脂肪族聚酯，它來源于可再生資源，如玉米淀粉、甘蔗等。它最大的優(yōu)點(diǎn)在于環(huán)保性，可完全生物降解，兼有天然纖維和合成纖維的特點(diǎn)，作為紡織材料，具有吸濕排汗均勻、快干、阻燃性低、煙塵小、熱散發(fā)小、無毒性、熔點(diǎn)低、回彈性好、折射指數(shù)低、色彩鮮艷、不滋長細(xì)菌和氣味、保留指數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)90年代，生物發(fā)酵制備PLA技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時期。目前，國內(nèi)PLA的生產(chǎn)規(guī)模較大的公司是海正集團(tuán)。

2.PTT纖維

PTT纖維具有初始模量低、彈性回復(fù)性好、伸縮性好、手感柔軟、懸垂性好、染色性好、耐氯性好、抗污性好等優(yōu)點(diǎn)。PTT纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，為45—65℃，故其染色性能優(yōu)于PET纖維，能夠在無載體的條件下，用分散染料常壓浮染。PTT纖維廣泛應(yīng)用于非織造布領(lǐng)域，PTT基的非織造布可以用PTT短纖維做原料，通過針刺法或水刺法制造，也可以采用紡粘法或熔噴法直接制造。熔噴法制造的PTT薄型非織造布與相同類型的聚丙烯（PP）非織造布相比，柔軟性好、抗紫外線能力強(qiáng)，更適合于醫(yī)用紡織品的要求。此外，PTT纖維在衛(wèi)生巾、一次性尿布、棉胎、外衣、裝飾布、汽車坐墊和建筑安全網(wǎng)等方面發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3.殼聚糖纖維

殼聚糖纖維采用蝦蟹殼為原料制備出殼聚糖，再經(jīng)濕法紡絲制得。殼聚糖纖維具有生物相容性、人體親和性、廣譜抑菌性、生物安全性、可降解性且可止血促愈，可紡成紗線、面料、無紡布等多種類型，廣泛應(yīng)用于航天、軍工、醫(yī)療、衛(wèi)生、功能性紡織品及過濾防護(hù)等領(lǐng)域。另外，殼聚糖纖維還可用于止血繃帶、敷料貼等方面，可達(dá)到迅速凝固血液、封合傷口、止血的效果。殼聚糖纖維用于面膜方面，具有天然的廣譜抑菌、防螨、保濕等功能。殼聚糖纖維價格高，一般殼聚糖纖維在紡織類制品中混紡比例為5%—20%，衛(wèi)生用無紡類制品中混紡比例為10%—20%，醫(yī)療用無紡布制品中混紡比例為50%—100%。

4.海藻酸鹽纖維

海藻酸鹽纖維具有優(yōu)良的阻燃性、抑菌抗菌性、舒適性、促進(jìn)傷口愈合、可生物降解等特性。其中，阻燃性能更為優(yōu)越，極限氧指數(shù)為34.0%—34.4%，且燃燒過程中僅產(chǎn)生少量的煙氣，不釋放有毒氣體，無熔滴，遠(yuǎn)優(yōu)于市場上常見的阻燃纖維。目前，海藻酸鹽纖維產(chǎn)品已覆蓋紡織服裝、生物醫(yī)療、衛(wèi)生護(hù)理、阻燃工程四大領(lǐng)域，適用于汽車用紡織品、功能內(nèi)衣、抑菌襪、醫(yī)用敷料、衛(wèi)生巾、PM2.5濾芯等領(lǐng)域。

5.PA56纖維

PA56是由戊二胺單體和己二酸聚合紡絲得到的新型聚酰胺系纖維，為我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物基化學(xué)纖維。PA56纖維具有密度小、耐溫性好、吸濕快干、高強(qiáng)耐磨、本體阻燃、易于染色、柔軟舒適等特性。且PA56纖維價格低、用途廣，有利于我國紡織業(yè)轉(zhuǎn)型升級，可應(yīng)用于功能性防護(hù)服裝、家紡、產(chǎn)業(yè)用紡織品、無紡布等領(lǐng)域。

6.PHA纖維

PHA屬線性生物基聚酯家族，是一類具有極好熱加工性能的生物基聚酯。2010年其產(chǎn)量達(dá)到8.81萬t，大約占生物基聚合物產(chǎn)量的12%。目前美國Tells公司產(chǎn)能5萬t/a的PHA生產(chǎn)工廠已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，日本Keneka公司使用植物油為原料的PHA也已投放市場。巴西PHB公司采用甘蔗為原料、德國Biomer公司利用蔗糖為原料的PHA商業(yè)性裝備也在試驗中。中科院寧波材料與工程研究所使用生物基PHBV/PLA材料，制得了可生物降解的纖維和非織造布產(chǎn)品。

7.PBT纖維

生物基PBT纖維是以生物基BDO為原料，與對苯二甲酸經(jīng)過聚合后紡絲得到的合成纖維。生物基PBT纖維及其制品的手感柔軟，吸濕性、耐磨性和纖維卷曲性好，拉伸彈性和壓縮彈性極好，可用普通分散染料進(jìn)行常壓沸染，而無需載體。2011年美國Genomatica公司獲得美國能源部資助，建立起以纖維素糖作為原料生產(chǎn)生物基1，4—丁二醇（BDO）技術(shù)，生物基PBT才得到了廣泛的重視。2013年日本東麗公司成功開發(fā)出生物基BDO，制備了生物基PBT，并表示將實現(xiàn)生物基BDO商業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，生物基PBT的制備因此引起了國內(nèi)外關(guān)注。我國在PBT方面起步較晚，江蘇江陰和時利新材料股份有限公司是目前我國最大的PBT生產(chǎn)企業(yè)，也是我國第一家既能生產(chǎn)PBT聚酯切片，同時又能生產(chǎn)PBT纖維的專業(yè)供應(yīng)商。

8.PET纖維

近年來使用非糧食生物質(zhì)制備生物基對二甲苯（PX）進(jìn)而合成生物PET技術(shù)取得了長足進(jìn)展，美國Virent公司、Gevo公司和Anellotech公司的商業(yè)性生產(chǎn)裝置都在2015年前后投入運(yùn)行。美國Virent公司開發(fā)了“BioFormPXTM”生物基對二甲苯工藝，與生物基乙二醇匹配制得可回收再利用的100%生物基聚酯，產(chǎn)品用于軟飲料包裝和纖維生產(chǎn)。日本東麗公司使用Gevo的生物基PX制得PTA，使用已商業(yè)化的生物乙二醇成功合成了100%的生物基PET，產(chǎn)品性能與石油基聚酯相似。

3 我國生物基化學(xué)纖維生產(chǎn)發(fā)展趨勢

我國生物基化學(xué)纖維研究和生產(chǎn)起步較晚，但具有較大的后發(fā)優(yōu)勢。一方面，我國生物質(zhì)資源種類多且產(chǎn)量大，原料來源包括農(nóng)、林、牧、海洋廢棄物、副產(chǎn)物等，發(fā)展前景十分廣闊。另一方面，我國化學(xué)纖維產(chǎn)業(yè)已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套體系，可為生物基化學(xué)纖維發(fā)展提供借鑒，如PET纖維所形成工程裝配體系等。生物基化學(xué)纖維擁有眾多優(yōu)良的性能，如：綠色無污染、原料來源廣且產(chǎn)量大、具有生物降解性等，能有效解決資源和能源短缺、環(huán)境污染等問題。目前，國家正在大力推進(jìn)綠色環(huán)保，倡導(dǎo)低碳生活方式，生物基化學(xué)纖維作為低碳、環(huán)保、可生物降解的化學(xué)纖維，已成為產(chǎn)業(yè)投資的熱點(diǎn)。

預(yù)計未來生物基化學(xué)纖維的發(fā)展主要圍繞以下幾個方面展開：（1）突破生物基化學(xué)纖維綠色加工和新工藝、裝備集成化技術(shù)，實現(xiàn)生物基化學(xué)纖維的規(guī)?；€(wěn)定生產(chǎn)，并開發(fā)功能性、差別化品種；（2）開拓生物基化學(xué)纖維的原料資源和開發(fā)新的微生物發(fā)酵工藝，如生物基二元醇生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)、PLA纖維原料制備及纖維應(yīng)用技術(shù)、海洋生物基纖維原料多元化及規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)等；（3）開拓生物基化學(xué)纖維應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈跨越與可持續(xù)發(fā)展，如生物降解PET的開發(fā)和應(yīng)用、生物基PET纖維的系統(tǒng)研發(fā)等成套技術(shù)的建立及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂等。生物基化學(xué)纖維及其原料涉及多學(xué)科交叉，如：生物技術(shù)、化學(xué)工業(yè)、裝備制造技術(shù)等，國外經(jīng)驗可供借鑒的少。因此，下一步必須強(qiáng)化協(xié)同創(chuàng)新、促進(jìn)各企業(yè)交流、突破關(guān)鍵共性技術(shù)。

結(jié)論

生物基化學(xué)纖維皮膚接觸性好（柔軟、肌膚親和性），穿著舒適性好，吸濕性好，易整理，高干、強(qiáng)濕，尺寸穩(wěn)定性好，具有生物降解性、生理安全性等優(yōu)勢。因此以生物基化學(xué)纖維為原料的非織造布在醫(yī)療、護(hù)理、衛(wèi)生用品、化妝用品以及其他工業(yè)領(lǐng)域有著獨(dú)特的用途。為了提高環(huán)保意識，應(yīng)大力開發(fā)原料豐富且易獲取、舒適性高且對人體健康無害的生物基化學(xué)纖維。但是目前生物基化學(xué)纖維仍存在一些成本、技術(shù)、設(shè)備等的問題，為解決上述問題，應(yīng)尋求工藝技術(shù)、產(chǎn)品開發(fā)、市場應(yīng)用、專用設(shè)備開發(fā)上的合作，開發(fā)各種生產(chǎn)工藝相結(jié)合的新型生產(chǎn)路線。

參考文獻(xiàn)

[1]劉樹英。譯。生物基纖維開發(fā)動向與發(fā)展前景[J].中國纖檢，2015（19）：36-40.

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