植物化再生合成材料的未來

1664年，英國著名科學(xué)家羅伯特·胡克（Robert Hooke）提出了“植物被蠶吃掉可紡成絲”的理念，業(yè)界稱這是對蠶飽食后可紡絲這一生物過程過度簡單化。盡管如此，再生纖維素纖維，即人造纖維的出現(xiàn)，給予了女性服裝和技術(shù)紡織產(chǎn)業(yè)支持，由于二戰(zhàn)時期的強制限制，其發(fā)展受到抑制。因這種纖維能發(fā)出太陽般的光澤，激發(fā)了“人造纖維”的靈感，使其成為合成纖維產(chǎn)業(yè)希望的化身。20世紀初，粘膠纖維進入商業(yè)市場。

對可持續(xù)合成產(chǎn)品的需求

循環(huán)紡織經(jīng)濟利用再生棉織物的強化型纖維素為可持續(xù)性制造提供解決方案。對樹脂進行機械紡織處理后，另一種合成纖維產(chǎn)業(yè)也隨之誕生，但它卻對全世界的土質(zhì)和水生態(tài)系統(tǒng)造成了威脅，尤其是隨著纖維生產(chǎn)速度超過天然纖維的降解速度，以及不可降解的合成纖維大量涌入，它對地球環(huán)境產(chǎn)生了不言而喻的影響。人類該如何阻止這種全球性污染？我們賴以生存的食物是否也能以微纖維和塑料化物質(zhì)為食？

目前人類所能做的，是選擇對紡織產(chǎn)品進行負責(zé)的消費和回收利用。胡克的理念或能引發(fā)另一場變革，因為紡織市場中充斥著生物可降解合成材料，其物理性與大多數(shù)普通合成材料呈相互競爭態(tài)勢。除了操縱其性能外，我們還需負責(zé)地獲取可再生生物材料，采用綠色生產(chǎn)技術(shù)。此外，制造商需確保可生物降解材料的耐久性并讓合成材料擁有相當(dāng)?shù)膹姸取?/p>

由于這一領(lǐng)域的出現(xiàn)，聚合物科學(xué)家和紡織纖維工程師應(yīng)運而生。在他們的努力下，這一領(lǐng)域獲得長足的發(fā)展，并擁有了舉足輕重的地位。聚合物科學(xué)從化學(xué)、物理和生物學(xué)學(xué)科中誕生出來，卻不屬于其中任何一個領(lǐng)域，于是有了這樣的專業(yè)——聚合物學(xué)。現(xiàn)在，聚合物學(xué)通過綠色制造來創(chuàng)造新的紡織纖維。為了解決全球性纖維污染所帶來的問題，人類需認真考慮生物可再生樹脂和相關(guān)加工步驟，最大限度減少合成纖維產(chǎn)業(yè)對環(huán)境的影響。對此，聚合物學(xué)扮演著十分重要的角色。

可再生生物材料創(chuàng)造新的條件

可再生生物材料必須從收獲的軟木和棉花中得到嗎？可利用不可食用的農(nóng)業(yè)廢料做原料嗎？人類社會能否更好地利用種植作物，將廢棄農(nóng)副產(chǎn)品用于增值產(chǎn)品？事實證明，秸稈、谷殼和作物莖稈等廢棄副產(chǎn)品也的確能合成聚合物。使用這些生物材料可使廢棄物變?yōu)樵偕a(chǎn)品，這就相當(dāng)于更有效地利用了農(nóng)業(yè)用地和水資源。由此看來，創(chuàng)新的潛力無處不在。

美國北卡州（NC State）威爾遜學(xué)院福特研究團隊正在進行再生纖維和纖維加工用生物添加劑的產(chǎn)業(yè)協(xié)作和相關(guān)研究，他們努力應(yīng)對上述提及的挑戰(zhàn)。如，從衣物回收得到再生纖維。美國泰頓（Tyton）生物科技公司通過水熱技術(shù)生產(chǎn)而得到再生纖維素纖維。其原理是，加熱過程中添加了一種綠色反增塑劑葡萄糖酸，這種纖維的干模量增加了4.8倍（未加入添加劑的纖維為129克/旦），濕模量顯著增加了1.75倍（原為80克/旦）。

反增塑技術(shù)是塑料工程師用來給模制塑料和薄膜的模量改性并使其具有拉伸性的一種技術(shù)，雖然其研究程度還低于塑化技術(shù)，但卻改善了加工用聚合物的流動性，這尤其適用于新型纖維制造業(yè)。BPA，即雙酚A，曾被禁用于食物容器以及嬰幼兒使用的塑料制品，是一種很不受歡迎的反增塑劑。目前，因消費者擔(dān)心其致癌，因此“無BPA”的塑料產(chǎn)品在市場更受歡迎。

雖然纖維產(chǎn)業(yè)不乏反增塑化，但業(yè)界一直沒能真正認識它。一些添加劑通過二次粘合與基體聚合物共結(jié)晶，將其摻入可能增加紡織纖維的模量，這種在聚合物和葡萄糖酸（其中一種有4個羥基組的六碳二羧酸）之間發(fā)生相互作用。

美國卡萊昂（Kalion）工業(yè)生物技術(shù)公司通過綠色發(fā)酵技術(shù)，得到有機合成葡萄糖酸。這種葡萄糖酸添加劑將反塑化劑提升為聚合物類型，它需要符合相關(guān)等級并符合相關(guān)的加工條件。這種葡萄糖酸添加劑的分子結(jié)構(gòu)表明，并非所有反塑化作用都一定包含芳香族聚合物，而在歷史上，芳香族小分子也曾被用作反增塑劑。

依賴聚合物科學(xué)實現(xiàn)創(chuàng)新

自然界中也有豐富的芳香族反塑化劑，它存在于植物的細胞壁中，即植物生命的接合劑——木質(zhì)素。在紙漿和紙張加工過程中，業(yè)界可從木纖維素中提取木質(zhì)素，但非所有木本植物中都含有木質(zhì)素。如何將木質(zhì)素紡制成高增值產(chǎn)品也存在諸多挑戰(zhàn)，包括如何將其紡成商業(yè)纖維，改善其與其他樹脂的相容性，以生產(chǎn)出具有合理強度的生物合成物，并真正在高木質(zhì)素含量下實現(xiàn)反塑化。

通過科學(xué)化的聚合物紡織方法，福特團隊已實現(xiàn)生物合成纖維中20%～50%的木質(zhì)素化，且不減少其拉伸模量，而對其進行了改善。業(yè)界的長期目標是與工業(yè)界合作，獲得以木質(zhì)素纖維為主的碳纖維。

合成纖維產(chǎn)業(yè)因此受到自然界的啟發(fā)，其發(fā)展也受自然潮流的激勵。21世紀紡織纖維產(chǎn)業(yè)業(yè)已成熟，現(xiàn)在可采用有機原料和過去廢棄的原料做來源。如何制造可持續(xù)的新合成纖維，要實現(xiàn)循環(huán)紡織經(jīng)濟，這需要業(yè)界合作，也需要廣大消費者參與。若能對可回收材料進行分類，那么它所起的潛在作用將無與倫比。雖然這些目標看起來很高大上，但要使再生纖維產(chǎn)業(yè)化，業(yè)界追根到底需要創(chuàng)新，且需要落實到聚合物學(xué)上來。

（據(jù)美國高級紡織資源網(wǎng)https://advancedtextilessource.com/2020/01/27/the-future-with-plant-regenerated-synthetics/近期資料）