海藻纖維新技術進展與青島海藻纖維產業發展現狀及對策*

青島市科學技術信息研究院,山東 青島 266003

海藻纖維被業界稱為“第三種纖維”，具有抗菌、可降解、可再生、無毒、無害、阻燃等特性，可廣泛應用于紡織、醫療、美容、環保、軍事等領域[1-2]。英國、德國、日本等發達國家紛紛進行海藻纖維技術研究及其產品開發，中國和日本對海藻纖維的研究走在世界前列。青島具有發展海藻纖維產業的資源和技術優勢，青島大學經過10余年的研發攻關，在海藻纖維產業化關鍵技術上取得了突破[3]。但青島的海藻纖維產業尚處在早期發展階段，產業規模還十分有限，把海藻纖維產業做大做強尚有一系列問題需要解決。

1 海藻纖維技術進展

海藻纖維一般應用濕法紡絲制備。將可溶性海藻酸鹽(銨鹽、鈉鹽、鉀鹽)溶于水中形成黏稠溶液，然后通過噴絲孔擠出到含有高價金屬離子(一般為鈣離子)的凝固浴中，形成固態海藻酸鈣纖維長絲[4]。海藻纖維制備工藝流程見圖1。

圖1 海藻纖維制備工藝流程

國外的海藻纖維研究起步時間早，1898年即有相關專利報道[5]，1944年英國發布了海藻酸鈣纖維生產技術研究成果[6]，英國、德國、日本一直走在世界前列。我國的海藻纖維研究起步較晚，但后期發展迅速，20世紀90年代尚處于對國外技術的跟蹤研究階段，進入21世紀相關技術迅猛發展，2010年以來相關專利公開數量出現爆發式增長，截至2017年8月中國以1 965件公開專利居世界首位，表明我國對海藻纖維的研究已處于國際領先地位。從研究內容來看，海藻纖維的制備、吸水性、濕紡技術、抗菌、凝固浴等成為當今研究熱點。

海藻纖維具有高吸濕性、高透氧性、生物相容性等優良特性，國內外學者對其性能及應用進行了大量研究。目前，海藻纖維已在醫療、保健、環保等行業廣泛應用，海藻纖維醫用輔料已實現產業化。國外海藻纖維生產企業主要有Coloplast、3M、Molnlycke、Smith & Nephew、ConvaTec等，目前市場上主要的海藻酸鹽纖維敷料品牌有Sorbsan、Kaltostat 、Seasorb等。國內海藻纖維生產企業主要有穩健實業深圳有限公司、廣東百合醫療科技有限公司、浙江越隆集團藍海科技公司等，它們陸續推出了各自的海藻纖維敷料品牌。近30年來，海藻纖維敷料在傷口護理領域得到廣泛應用，成為市場上廣為認可的現代敷料之一。

因存在強度低、耐酸堿性差、生產成本高等不利因素，海藻纖維在常規紡織品上的應用范圍還較窄，規模化生產還處于探索階段。國外對海藻纖維紡織品服裝的開發推廣走在我國前面。據報道，1993年日本開始銷售海藻纖維毛巾，2000年開始銷售海藻纖維泳衣；2008年秘魯紡織業研制出防紫外線海藻纖維服裝，包括帽子、夾克、上衣、內衣和泳裝[7]。在國內，中國紡織科學研究院、青島大學和武漢紡織大學等積極開展海藻纖維相關研究。2012年，紹興藍海纖維科技有限公司的“功能性海藻酸纖維的工業化生產關鍵技術”項目通過成果鑒定，解決了工業化生產海藻酸纖維過程中存在的容易并絲、強力低、耐堿性差等技術難點，并自主設計研發了適用于海藻類纖維的規模化生產線[8]。青島大學歷經10余年的不懈探索，攻克了海藻纖維工業化生產的系列關鍵技術難題，于2012年鋪設了年產量800 t的海藻纖維專用生產線。2016年，青島大學夏延致團隊研發的“海藻纖維產業化成套技術及裝備”集理論創新、工藝技術創新、裝備集成創新為一體，建成了產業化海藻纖維生產線，為海藻纖維在服用紡織品領域的發展打下了堅實基礎[9]。

另外，在海藻纖維服裝制品的應用上，我國紡織服裝企業積極進行產業化探索。目前，國內市場上的海藻纖維制品大體上可分為紡織品、化妝品、衛生用品、醫療用品等類別(表1)，相關廠家主要分布在青島、深圳、廣州、廈門、上海、濟南、佛山、溫州、金華、杭州等地(表2和表3)。

表1 國內市場上的海藻纖維制品

表2 國內海藻纖維主要上中游企業

表3 國內海藻纖維主要下游企業

(續表)

2 青島海藻纖維產業發展現狀

2.1 青島海藻纖維產業研發資源

青島海藻纖維主要研究機構包括青島大學和中國海洋大學兩家。另外，西安交通大學青島研究院、中國科學院海洋研究所、中國科學院青島生物能源與過程研究所、山東省紡織纖維檢驗所、山東省海洋生物研究院等機構，也具備一定的研究能力。青島海藻纖維主要人才團隊包括青島大學夏延致團隊和青島明月海藻集團有限公司秦益民(泰山學者)團隊。青島海藻纖維產業科研資源見表4。

表4 青島海藻纖維產業科研資源

2.2 青島海藻纖維產業創新資源

青島擁有全球最大的海藻生物制品企業——青島明月海藻集團有限公司，以及青島紅妮品牌管理有限公司等重點企業。依托這些重點企業建立的高端科研平臺和創新創業平臺，為青島海藻纖維產業發展提供了重要的技術支撐。高端科研平臺有依托青島明月海藻集團有限公司的海藻活性物質國家重點實驗室、依托青島大學的山東省高校海洋生物質纖維新材料重點實驗室、依托中國海洋大學的海水養殖教育部重點實驗室等。創新創業平臺包括國際合作基地、產業化基地、產業技術創新戰略聯盟、科技企業孵化器、科技創新中心等。青島海藻纖維產業創新資源見表5。

表5 青島海藻纖維產業創新資源

(續表)

2.3 青島海藻纖維產業發展優勢

2.3.1 充足的資源優勢

海帶是高品質海藻纖維的主要原料。20世紀60年代，青島掀起了中國海水養殖的第一次浪潮，中國海帶養殖從零開始，一躍成為世界第一。山東成為中國傳統的海藻產業大省，在海藻資源、產業發展方面處于全國領先地位。在全國52家“褐藻膠”相關制造企業中，山東43家(占82.7%)，其中青島22家(占42.3%)。豐富的海藻資源為青島海藻纖維產業發展提供了充足的原材料。

2.3.2 顯著的技術優勢

青島海藻纖維技術研發實力雄厚，擁有青島大學和中國海洋大學等研究機構，以及夏延致、朱平、紀全、隋坤艷、譚業強等一大批頂尖專家，并形成了以夏延致和秦益民為核心的兩個研究團隊：青島大學夏延致研究團隊和青島明月海藻集團有限公司秦益民(泰山學者)研究團隊。青島大學公布的相關專利和論文數量均位居世界首位：在全球排名前23位的專利申請人中，青島有3家，青島大學以57件專利列于榜首；在全球排名前25位的發明人中，青島有10位，青島大學以34件專利位居首位；從論文發表數量看，青島大學以154篇論文排在國內首位，青島大學的朱平、夏延致、紀全位居前列。青島大學夏延致研究團隊致力于海藻纖維產業化成套技術及裝備的研發，研究成果獲得2016年度山東省技術發明獎一等獎，在“紡織之光”2016年度中國紡織工業聯合會科技教育獎勵大會上榮獲2016年度中國紡織工業聯合會科學技術獎一等獎。

2.3.3 廣闊的產業發展空間

青島建立了世界最大的海藻纖維生產基地，海藻纖維年產量可達800 t，形成了從海藻養殖、海藻化工、海藻纖維制備到海藻纖維織品生產研發的完整產業鏈，上下游企業積極參與，呈現出龍頭企業引領、大中型企業穩步發展、中小型企業持續涌現的產業發展格局。龍頭企業有青島明月海藻集團有限公司、眾地家紡有限公司等，大中型企業有青島聚大洋藻業集團有限公司、青島紅妮品牌管理有限公司、青島海大生物集團有限公司等，以技術應用為主的中小型企業有青島奈琦爾生物科技有限公司、青島黃海海藻工業公司、青島南山海藻有限公司等。

3 青島海藻纖維產業發展面臨的主要問題

雖然在科研和技術上占據領先地位，但青島海藻纖維產業尚處在早期發展階段，產業規模還十分有限，要把海藻纖維產業做大做強，還面臨諸多問題。

3.1 制造成本較高，應用范圍狹窄

海藻纖維因具有止血、防輻射等特殊功能被應用于醫療紡織品、特種紡織品等領域，成為天然纖維的優良替代品，但是受設備及工藝制約，海藻纖維的制造成本較高，這使其應用人群和應用范圍受到限制，阻礙了海藻纖維的產業化進程。目前，醫用海藻纖維制品多用于嚴重燒傷病人，普通的外傷病人還沒有機會使用這樣高端的醫用紡織材料。海藻纖維服裝產品的銷售范圍比較狹窄，主要集中在一、二線大城市，消費人群數量有限。所以，擴大海藻纖維在日常紡織服裝產品上的應用是實現海藻纖維產業化的重要途徑[10]。

3.2 質量不穩定，影響產業化進程

當前針對海藻纖維專用紡絲原料的研究還較少，以及對海藻酸專用監測及控制手段還較缺乏，這導致我國海藻纖維質量還不穩定，如紡織用海藻纖維存在強度較低、脆性大、柔韌性較差、彈性低、色澤差等問題，醫用海藻纖維傷口被覆材料的抗菌性能、穩定性有待提高。這些質量問題在一定程度上限制了其應用范圍，阻礙了海藻纖維的產業化發展。

3.3 產業鏈不完善，工業化生產設備不足

青島關于海藻纖維產業化生產設備的研究還較少，從事海藻纖維研究的專家、學者大多不懂機械設備，海藻纖維生產多集中在中試水平。想要實現海藻纖維的連續化生產，工業化設備還不足。目前，邯鄲宏大化纖機械有限公司是唯一一家能生產海藻纖維成套技術及裝備的企業，但其生產能力還不能滿足國內市場需求。

3.4 大規模生產存在技術和工藝障礙

青島在海藻纖維產業化關鍵技術上有所突破，但在大規模生產方法和技術手段上尚有不足，比如傳統濕法紡絲工藝在小規模生產中效果較好，但應用于產業化大規模生產時效果不理想，相關技術還需改進。

3.5 高端產品少，同類產品市場占有率低

青島已開發的海藻纖維產品，多為男女式內褲和防霧霾口罩，高端產品少，同類產品市場占有率低，如青島海藍生物制品有限公司的“深海藍晶”高端內衣只是小批量生產，青島明月海藻集團有限公司的“深藻密語”衛生巾尚在產品宣傳階段，東嵐高科(青島)有限公司的海藻造紙未實現產業化，青島奈琦爾新材料有限公司的“海之凈純”衛生巾和口罩只在淄博生產，海爾集團的海藻口罩只在上海生產。青島生產的海藻纖維床上用品、洗浴用品、化妝品尚未形成規模，海藻纖維高檔運動服、防護服、海藻絨玩具更是鮮有問津，海藻纖維戰傷急救醫用敷料、軍事防護裝備有待進一步開發。

3.6 原料供應不穩定

海帶是高品質海藻纖維的主要原料，近幾年由于海帶種質退化、海帶新品種的培育工作滯后，以及傳統養殖水域空間萎縮，海帶產量出現波動，山東海帶總產量已不及福建，導致青島海藻纖維原料供應不穩定，影響了青島海藻纖維產業化進程。

4 青島海藻纖維產業發展建議與對策

4.1 積極研發高品質海藻纖維

鼓勵相關科研院所和重點企業在不斷完善海藻纖維制備技術的同時，重點關注紡絲成形集成技術、海藻酸纖維載銀技術和共混海藻纖維、海藻復合纖維技術等的研發，積極開展技術合作、技術引進和技術攻關，大力發展海藻纖維生產裝備，不斷提升海藻纖維品質。

4.2 大力發展海藻化工

制定纖維級海藻酸鈉標準，并以海藻酸鈉為主要產品，發展新型海藻化工，提升海藻酸鈉品質，提高海藻原料利用率，積極開發海藻化工副產品，不斷完善工藝規程，減少用水量，降低化工生產污水COD排放，促進新型海藻化工的可持續發展。

4.3 拓展海藻纖維應用領域

依托青島明月海藻集團有限公司、青島聚大洋海藻工業有限公司、青島紅妮集團有限公司等龍頭骨干企業，積極推進海藻纖維制品的產業化發展，鼓勵具有潛力的中小企業參與海藻纖維及其制品的研發與生產，支持海藻纖維相關技術的轉移轉化，重點開發高檔服裝及床上用品、化妝及衛生用品、防護服裝及裝備、高品質醫用敷料等海藻纖維高端產品。

4.4 拓寬海藻纖維原材料供應渠道

積極開展海帶新品種的培育工作，有效抑制海帶種質退化，做好海帶苗種供應，提高良種覆蓋率。

探索科學的海帶養殖模式和收獲模式，促進海帶養殖集約化生產。積極推廣藻類增殖修復技術，推進海藻養殖可持續發展。