论文部分内容阅读
摘要： 生物基化学纤维及其原料是我国战略性新兴生物基材料产业的重要组成部分，具有生产过程环境友好、原料可再生以及产品可生物降解等优良特性，有助于解决当前经济社会发展所面临的严重的资源和能源短缺以及环境污染等问题，同时能满足消费者日益提高的物质生活需要，增加供给侧供应，促进消费回流。
关键词： 生物基化学纤维；研发现状；发展趋势
尽管生物基合成纤维正在持续高效地发展，仍不能取代现有的石油基材料，生物基高分子材料的实用性研究尚处于初期阶段，生物可降解聚合物的开发也面临着诸多挑战，生物基纤维材料不仅是服装、家纺、产业用纺织品的原料，还是重要的基础材料和工程材料，在很多领域可以有更多更广的应用。
一、生物基化学纤维的研发现状
1.PLA纤维
PLA纤维是一种可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，它来源于可再生资源，如玉米淀粉、甘蔗等。它最大的优点在于环保性，可完全生物降解，兼有天然纤维和合成纤维的特点，作为纺织材料，具有吸湿排汗均匀、快干、阻燃性低、烟尘小、热散发小、无毒性、熔点低、回弹性好、折射指数低、色彩鲜艳、不滋长细菌和气味、保留指数低等优点。20世纪90年代，生物发酵制备PLA技术进入快速发展时期。目前，国内PLA的生产规模较大的公司是海正集团。
2.PTT纤维
PTT纤维具有初始模量低、弹性回复性好、伸缩性好、手感柔软、悬垂性好、染色性好、耐氯性好、抗污性好等优点。PTT纤维的玻璃化转变温度低，为45—65℃，故其染色性能优于PET纤维，能够在无载体的条件下，用分散染料常压浮染。PTT纤维广泛应用于非织造布领域，PTT基的非织造布可以用PTT短纤维做原料，通过针刺法或水刺法制造，也可以采用纺粘法或熔喷法直接制造。熔喷法制造的PTT薄型非织造布与相同类型的聚丙烯（PP）非织造布相比，柔软性好、抗紫外线能力强，更适合于医用纺织品的要求。此外，PTT纤维在卫生巾、一次性尿布、棉胎、外衣、装饰布、汽车坐垫和建筑安全网等方面发展潜力巨大。
3.壳聚糖纤维
壳聚糖纤维采用虾蟹壳为原料制备出壳聚糖，再经湿法纺丝制得。壳聚糖纤维具有生物相容性、人体亲和性、广谱抑菌性、生物安全性、可降解性且可止血促愈，可纺成纱线、面料、无纺布等多种类型，广泛应用于航天、军工、医疗、卫生、功能性纺织品及过滤防护等领域。另外，壳聚糖纤维还可用于止血绷带、敷料贴等方面，可达到迅速凝固血液、封合伤口、止血的效果。壳聚糖纤维用于面膜方面，具有天然的广谱抑菌、防螨、保湿等功能。壳聚糖纤维价格高，一般壳聚糖纤维在纺织类制品中混纺比例为5%—20%，卫生用无纺类制品中混纺比例为10%—20%，医疗用无纺布制品中混纺比例为50%—100%。
4.海藻酸盐纤维
海藻酸盐纤维具有优良的阻燃性、抑菌抗菌性、舒适性、促进伤口愈合、可生物降解等特性。其中，阻燃性能更为优越，极限氧指数为34.0%—34.4%，且燃烧过程中仅产生少量的烟气，不释放有毒气体，无熔滴，远优于市场上常见的阻燃纤维。目前，海藻酸盐纤维产品已覆盖纺织服装、生物医疗、卫生护理、阻燃工程四大领域，适用于汽车用纺织品、功能内衣、抑菌袜、医用敷料、卫生巾、PM2.5滤芯等领域。
5.PA56纤维
PA56是由戊二胺单体和己二酸聚合纺丝得到的新型聚酰胺系纤维，为我国拥有自主知识产权的生物基化学纤维。PA56纤维具有密度小、耐温性好、吸湿快干、高强耐磨、本体阻燃、易于染色、柔软舒适等特性。且PA56纤维价格低、用途广，有利于我国纺织业转型升级，可应用于功能性防护服装、家纺、产业用纺织品、无纺布等领域。
6.PHA纤维
PHA属线性生物基聚酯家族，是一类具有极好热加工性能的生物基聚酯。2010年其产量达到8.81万t，大约占生物基聚合物产量的12%。目前美国Tells公司产能5万t/a的PHA生产工厂已经运转，日本Keneka公司使用植物油为原料的PHA也已投放市场。巴西PHB公司采用甘蔗为原料、德国Biomer公司利用蔗糖为原料的PHA商业性装备也在试验中。中科院宁波材料与工程研究所使用生物基PHBV/PLA材料，制得了可生物降解的纤维和非织造布产品。
7.PBT纤维
生物基PBT纤维是以生物基BDO为原料，与对苯二甲酸经过聚合后纺丝得到的合成纤维。生物基PBT纤维及其制品的手感柔软，吸湿性、耐磨性和纤维卷曲性好，拉伸弹性和压缩弹性极好，可用普通分散染料进行常压沸染，而无需载体。2011年美国Genomatica公司获得美国能源部资助，建立起以纤维素糖作为原料生产生物基1，4—丁二醇（BDO）技术，生物基PBT才得到了广泛的重视。2013年日本东丽公司成功开发出生物基BDO，制备了生物基PBT，并表示将实现生物基BDO商业规模化生产，生物基PBT的制备因此引起了国内外关注。我国在PBT方面起步较晚，江苏江阴和时利新材料股份有限公司是目前我国最大的PBT生产企业，也是我国第一家既能生产PBT聚酯切片，同时又能生产PBT纤维的专业供应商。
8.PET纤维
近年来使用非粮食生物质制备生物基对二甲苯（PX）进而合成生物PET技术取得了长足进展，美国Virent公司、Gevo公司和Anellotech公司的商业性生产装置都在2015年前后投入运行。美国Virent公司开发了“BioFormPXTM”生物基对二甲苯工艺，与生物基乙二醇匹配制得可回收再利用的100%生物基聚酯，产品用于软饮料包装和纤维生产。日本东丽公司使用Gevo的生物基PX制得PTA，使用已商业化的生物乙二醇成功合成了100%的生物基PET，产品性能与石油基聚酯相似。
3 我国生物基化学纤维生产发展趋势
我国生物基化学纤维研究和生产起步较晚，但具有较大的后发优势。一方面，我国生物质资源种类多且产量大，原料来源包括农、林、牧、海洋废弃物、副产物等，发展前景十分广阔。另一方面，我国化学纤维产业已形成完整的产业链配套体系，可为生物基化学纤维发展提供借鉴，如PET纤维所形成工程装配体系等。生物基化学纤维拥有众多优良的性能，如：绿色无污染、原料来源广且产量大、具有生物降解性等，能有效解决资源和能源短缺、环境污染等问题。目前，国家正在大力推进绿色环保，倡导低碳生活方式，生物基化学纤维作为低碳、环保、可生物降解的化学纤维，已成为产业投资的热点。
预计未来生物基化学纤维的发展主要围绕以下几个方面展开：（1）突破生物基化学纤维绿色加工和新工艺、装备集成化技术，实现生物基化学纤维的规模化稳定生产，并开发功能性、差别化品种；（2）开拓生物基化学纤维的原料资源和开发新的微生物发酵工艺，如生物基二元醇生产及应用技术、PLA纤维原料制备及纤维应用技术、海洋生物基纤维原料多元化及规模化生产技术等；（3）开拓生物基化学纤维应用领域，促进产业链跨越与可持续发展，如生物降解PET的开发和应用、生物基PET纤维的系统研发等成套技术的建立及相关标准的制订等。生物基化学纤维及其原料涉及多学科交叉，如：生物技术、化学工业、装备制造技术等，国外经验可供借鉴的少。因此，下一步必须强化协同创新、促进各企业交流、突破关键共性技术。
结论
生物基化学纤维皮肤接触性好（柔软、肌肤亲和性），穿着舒适性好，吸湿性好，易整理，高干、强湿，尺寸稳定性好，具有生物降解性、生理安全性等优势。因此以生物基化学纤维为原料的非织造布在医疗、护理、卫生用品、化妆用品以及其他工业领域有着独特的用途。为了提高环保意识，应大力开发原料丰富且易获取、舒适性高且对人体健康无害的生物基化学纤维。但是目前生物基化学纤维仍存在一些成本、技术、设备等的问题，为解决上述问题，应寻求工艺技术、产品开发、市场应用、专用设备开发上的合作，开发各种生產工艺相结合的新型生产路线。
参考文献
[1]刘树英。译。生物基纤维开发动向与发展前景[J].中国纤检，2015（19）：36-40.
[2]芦长椿。生物基聚酯及其纤维的技术发展现状[J].纺织导报，2013（2）：35—40.
关键词： 生物基化学纤维；研发现状；发展趋势
尽管生物基合成纤维正在持续高效地发展，仍不能取代现有的石油基材料，生物基高分子材料的实用性研究尚处于初期阶段，生物可降解聚合物的开发也面临着诸多挑战，生物基纤维材料不仅是服装、家纺、产业用纺织品的原料，还是重要的基础材料和工程材料，在很多领域可以有更多更广的应用。
一、生物基化学纤维的研发现状
1.PLA纤维
PLA纤维是一种可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，它来源于可再生资源，如玉米淀粉、甘蔗等。它最大的优点在于环保性，可完全生物降解，兼有天然纤维和合成纤维的特点，作为纺织材料，具有吸湿排汗均匀、快干、阻燃性低、烟尘小、热散发小、无毒性、熔点低、回弹性好、折射指数低、色彩鲜艳、不滋长细菌和气味、保留指数低等优点。20世纪90年代，生物发酵制备PLA技术进入快速发展时期。目前，国内PLA的生产规模较大的公司是海正集团。
2.PTT纤维
PTT纤维具有初始模量低、弹性回复性好、伸缩性好、手感柔软、悬垂性好、染色性好、耐氯性好、抗污性好等优点。PTT纤维的玻璃化转变温度低，为45—65℃，故其染色性能优于PET纤维，能够在无载体的条件下，用分散染料常压浮染。PTT纤维广泛应用于非织造布领域，PTT基的非织造布可以用PTT短纤维做原料，通过针刺法或水刺法制造，也可以采用纺粘法或熔喷法直接制造。熔喷法制造的PTT薄型非织造布与相同类型的聚丙烯（PP）非织造布相比，柔软性好、抗紫外线能力强，更适合于医用纺织品的要求。此外，PTT纤维在卫生巾、一次性尿布、棉胎、外衣、装饰布、汽车坐垫和建筑安全网等方面发展潜力巨大。
3.壳聚糖纤维
壳聚糖纤维采用虾蟹壳为原料制备出壳聚糖，再经湿法纺丝制得。壳聚糖纤维具有生物相容性、人体亲和性、广谱抑菌性、生物安全性、可降解性且可止血促愈，可纺成纱线、面料、无纺布等多种类型，广泛应用于航天、军工、医疗、卫生、功能性纺织品及过滤防护等领域。另外，壳聚糖纤维还可用于止血绷带、敷料贴等方面，可达到迅速凝固血液、封合伤口、止血的效果。壳聚糖纤维用于面膜方面，具有天然的广谱抑菌、防螨、保湿等功能。壳聚糖纤维价格高，一般壳聚糖纤维在纺织类制品中混纺比例为5%—20%，卫生用无纺类制品中混纺比例为10%—20%，医疗用无纺布制品中混纺比例为50%—100%。
4.海藻酸盐纤维
海藻酸盐纤维具有优良的阻燃性、抑菌抗菌性、舒适性、促进伤口愈合、可生物降解等特性。其中，阻燃性能更为优越，极限氧指数为34.0%—34.4%，且燃烧过程中仅产生少量的烟气，不释放有毒气体，无熔滴，远优于市场上常见的阻燃纤维。目前，海藻酸盐纤维产品已覆盖纺织服装、生物医疗、卫生护理、阻燃工程四大领域，适用于汽车用纺织品、功能内衣、抑菌袜、医用敷料、卫生巾、PM2.5滤芯等领域。
5.PA56纤维
PA56是由戊二胺单体和己二酸聚合纺丝得到的新型聚酰胺系纤维，为我国拥有自主知识产权的生物基化学纤维。PA56纤维具有密度小、耐温性好、吸湿快干、高强耐磨、本体阻燃、易于染色、柔软舒适等特性。且PA56纤维价格低、用途广，有利于我国纺织业转型升级，可应用于功能性防护服装、家纺、产业用纺织品、无纺布等领域。
6.PHA纤维
PHA属线性生物基聚酯家族，是一类具有极好热加工性能的生物基聚酯。2010年其产量达到8.81万t，大约占生物基聚合物产量的12%。目前美国Tells公司产能5万t/a的PHA生产工厂已经运转，日本Keneka公司使用植物油为原料的PHA也已投放市场。巴西PHB公司采用甘蔗为原料、德国Biomer公司利用蔗糖为原料的PHA商业性装备也在试验中。中科院宁波材料与工程研究所使用生物基PHBV/PLA材料，制得了可生物降解的纤维和非织造布产品。
7.PBT纤维
生物基PBT纤维是以生物基BDO为原料，与对苯二甲酸经过聚合后纺丝得到的合成纤维。生物基PBT纤维及其制品的手感柔软，吸湿性、耐磨性和纤维卷曲性好，拉伸弹性和压缩弹性极好，可用普通分散染料进行常压沸染，而无需载体。2011年美国Genomatica公司获得美国能源部资助，建立起以纤维素糖作为原料生产生物基1，4—丁二醇（BDO）技术，生物基PBT才得到了广泛的重视。2013年日本东丽公司成功开发出生物基BDO，制备了生物基PBT，并表示将实现生物基BDO商业规模化生产，生物基PBT的制备因此引起了国内外关注。我国在PBT方面起步较晚，江苏江阴和时利新材料股份有限公司是目前我国最大的PBT生产企业，也是我国第一家既能生产PBT聚酯切片，同时又能生产PBT纤维的专业供应商。
8.PET纤维
近年来使用非粮食生物质制备生物基对二甲苯（PX）进而合成生物PET技术取得了长足进展，美国Virent公司、Gevo公司和Anellotech公司的商业性生产装置都在2015年前后投入运行。美国Virent公司开发了“BioFormPXTM”生物基对二甲苯工艺，与生物基乙二醇匹配制得可回收再利用的100%生物基聚酯，产品用于软饮料包装和纤维生产。日本东丽公司使用Gevo的生物基PX制得PTA，使用已商业化的生物乙二醇成功合成了100%的生物基PET，产品性能与石油基聚酯相似。
3 我国生物基化学纤维生产发展趋势
我国生物基化学纤维研究和生产起步较晚，但具有较大的后发优势。一方面，我国生物质资源种类多且产量大，原料来源包括农、林、牧、海洋废弃物、副产物等，发展前景十分广阔。另一方面，我国化学纤维产业已形成完整的产业链配套体系，可为生物基化学纤维发展提供借鉴，如PET纤维所形成工程装配体系等。生物基化学纤维拥有众多优良的性能，如：绿色无污染、原料来源广且产量大、具有生物降解性等，能有效解决资源和能源短缺、环境污染等问题。目前，国家正在大力推进绿色环保，倡导低碳生活方式，生物基化学纤维作为低碳、环保、可生物降解的化学纤维，已成为产业投资的热点。
预计未来生物基化学纤维的发展主要围绕以下几个方面展开：（1）突破生物基化学纤维绿色加工和新工艺、装备集成化技术，实现生物基化学纤维的规模化稳定生产，并开发功能性、差别化品种；（2）开拓生物基化学纤维的原料资源和开发新的微生物发酵工艺，如生物基二元醇生产及应用技术、PLA纤维原料制备及纤维应用技术、海洋生物基纤维原料多元化及规模化生产技术等；（3）开拓生物基化学纤维应用领域，促进产业链跨越与可持续发展，如生物降解PET的开发和应用、生物基PET纤维的系统研发等成套技术的建立及相关标准的制订等。生物基化学纤维及其原料涉及多学科交叉，如：生物技术、化学工业、装备制造技术等，国外经验可供借鉴的少。因此，下一步必须强化协同创新、促进各企业交流、突破关键共性技术。
结论
生物基化学纤维皮肤接触性好（柔软、肌肤亲和性），穿着舒适性好，吸湿性好，易整理，高干、强湿，尺寸稳定性好，具有生物降解性、生理安全性等优势。因此以生物基化学纤维为原料的非织造布在医疗、护理、卫生用品、化妆用品以及其他工业领域有着独特的用途。为了提高环保意识，应大力开发原料丰富且易获取、舒适性高且对人体健康无害的生物基化学纤维。但是目前生物基化学纤维仍存在一些成本、技术、设备等的问题，为解决上述问题，应寻求工艺技术、产品开发、市场应用、专用设备开发上的合作，开发各种生產工艺相结合的新型生产路线。
参考文献
[1]刘树英。译。生物基纤维开发动向与发展前景[J].中国纤检，2015（19）：36-40.
[2]芦长椿。生物基聚酯及其纤维的技术发展现状[J].纺织导报，2013（2）：35—40.