生物基化學纖維的研發現狀淺探

程德寶

摘要： 生物基化學纖維及其原料是我國戰略性新興生物基材料產業的重要組成部分，具有生產過程環境友好、原料可再生以及產品可生物降解等優良特性，有助于解決當前經濟社會發展所面臨的嚴重的資源和能源短缺以及環境污染等問題，同時能滿足消費者日益提高的物質生活需要，增加供給側供應，促進消費回流。

關鍵詞： 生物基化學纖維；研發現狀；發展趨勢

盡管生物基合成纖維正在持續高效地發展，仍不能取代現有的石油基材料，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也面臨著諸多挑戰，生物基纖維材料不僅是服裝、家紡、產業用紡織品的原料，還是重要的基礎材料和工程材料，在很多領域可以有更多更廣的應用。

一、生物基化學纖維的研發現狀

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。它最大的優點在于環保性，可完全生物降解，兼有天然纖維和合成纖維的特點，作為紡織材料，具有吸濕排汗均勻、快干、阻燃性低、煙塵小、熱散發小、無毒性、熔點低、回彈性好、折射指數低、色彩鮮艷、不滋長細菌和氣味、保留指數低等優點。20世紀90年代，生物發酵制備PLA技術進入快速發展時期。目前，國內PLA的生產規模較大的公司是海正集團。

2.PTT纖維

PTT纖維具有初始模量低、彈性回復性好、伸縮性好、手感柔軟、懸垂性好、染色性好、耐氯性好、抗污性好等優點。PTT纖維的玻璃化轉變溫度低，為45—65℃，故其染色性能優于PET纖維，能夠在無載體的條件下，用分散染料常壓浮染。PTT纖維廣泛應用于非織造布領域，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，更適合于醫用紡織品的要求。此外，PTT纖維在衛生巾、一次性尿布、棉胎、外衣、裝飾布、汽車坐墊和建筑安全網等方面發展潛力巨大。

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，廣泛應用于航天、軍工、醫療、衛生、功能性紡織品及過濾防護等領域。另外，殼聚糖纖維還可用于止血繃帶、敷料貼等方面，可達到迅速凝固血液、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%，衛生用無紡類制品中混紡比例為10%—20%，醫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良的阻燃性、抑菌抗菌性、舒適性、促進傷口愈合、可生物降解等特性。其中，阻燃性能更為優越，極限氧指數為34.0%—34.4%，且燃燒過程中僅產生少量的煙氣，不釋放有毒氣體，無熔滴，遠優于市場上常見的阻燃纖維。目前，海藻酸鹽纖維產品已覆蓋紡織服裝、生物醫療、衛生護理、阻燃工程四大領域，適用于汽車用紡織品、功能內衣、抑菌襪、醫用敷料、衛生巾、PM2.5濾芯等領域。

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權的生物基化學纖維。PA56纖維具有密度小、耐溫性好、吸濕快干、高強耐磨、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，有利于我國紡織業轉型升級，可應用于功能性防護服裝、家紡、產業用紡織品、無紡布等領域。

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年其產量達到8.81萬t，大約占生物基聚合物產量的12%。目前美國Tells公司產能5萬t/a的PHA生產工廠已經運轉，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生物基1，4—丁二醇（BDO）技術，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出生物基BDO，制備了生物基PBT，并表示將實現生物基BDO商業規模化生產，生物基PBT的制備因此引起了國內外關注。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生產企業，也是我國第一家既能生產PBT聚酯切片，同時又能生產PBT纖維的專業供應商。

8.PET纖維

近年來使用非糧食生物質制備生物基對二甲苯（PX）進而合成生物PET技術取得了長足進展，美國Virent公司、Gevo公司和Anellotech公司的商業性生產裝置都在2015年前后投入運行。美國Virent公司開發了“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，產品用于軟飲料包裝和纖維生產。日本東麗公司使用Gevo的生物基PX制得PTA，使用已商業化的生物乙二醇成功合成了100%的生物基PET，產品性能與石油基聚酯相似。

3 我國生物基化學纖維生產發展趨勢

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

預計未來生物基化學纖維的發展主要圍繞以下幾個方面展開：（1）突破生物基化學纖維綠色加工和新工藝、裝備集成化技術，實現生物基化學纖維的規模化穩定生產，并開發功能性、差別化品種；（2）開拓生物基化學纖維的原料資源和開發新的微生物發酵工藝，如生物基二元醇生產及應用技術、PLA纖維原料制備及纖維應用技術、海洋生物基纖維原料多元化及規模化生產技術等；（3）開拓生物基化學纖維應用領域，促進產業鏈跨越與可持續發展，如生物降解PET的開發和應用、生物基PET纖維的系統研發等成套技術的建立及相關標準的制訂等。生物基化學纖維及其原料涉及多學科交叉，如：生物技術、化學工業、裝備制造技術等，國外經驗可供借鑒的少。因此，下一步必須強化協同創新、促進各企業交流、突破關鍵共性技術。

結論

生物基化學纖維皮膚接觸性好（柔軟、肌膚親和性），穿著舒適性好，吸濕性好，易整理，高干、強濕，尺寸穩定性好，具有生物降解性、生理安全性等優勢。因此以生物基化學纖維為原料的非織造布在醫療、護理、衛生用品、化妝用品以及其他工業領域有著獨特的用途。為了提高環保意識，應大力開發原料豐富且易獲取、舒適性高且對人體健康無害的生物基化學纖維。但是目前生物基化學纖維仍存在一些成本、技術、設備等的問題，為解決上述問題，應尋求工藝技術、產品開發、市場應用、專用設備開發上的合作，開發各種生產工藝相結合的新型生產路線。

參考文獻

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