生物基聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維制備技術的研究進展

王少博， 肖 陽， 黃 鑫， 李增貝

(1. 中原工學院 紡織學院, 河南 鄭州 450007;2. 中原工學院 河南省功能性紡織材料重點實驗室， 河南 鄭州 450007)

生物基聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維是紡織化纖產業中低碳產品的代表，也是國家紡織 “十三五”推進產業綠色發展的重要組成部分。在性能方面，生物基PTT纖維因兼具聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)良好的抗皺性和聚酰胺6(PA6)的高回彈及抗污性等優點而備受消費者青睞，同時由于其生產原料1,3-丙二醇由廢棄生物質微生物發酵制得，在生產碳排放方面，相比生產等質量的PA6可減少63%[1]，環保優勢突出。

生物基PTT纖維的制備技術涉及微生物發酵、發酵產物純化、聚酯聚合及紡絲加工等多個專業領域，相關研究報道雖然較多，但往往僅聚焦其中一個環節，缺乏對生產全流程所涉及技術的梳理與總結，不利于研究者對生物基PTT纖維制備技術的整體認知，難以幫助研究者理解該技術中上下游細分領域之間的聯系，因此，本文以原料到產品的生產流程為主線，對生物基PTT纖維制備所涉及的1,3-丙二醇的制備技術、PTT合成技術以及PTT紡絲加工技術的國內外研究進展進行了系統的梳理與剖析，并對相關技術的未來發展趨勢進行展望，以期為我國生物基纖維產業技術的研發提供思路。

1 1,3-丙二醇的制備工藝

1,3-丙二醇(HOCH2CH2CH2OH)是生產生物基PTT的核心原料，同時也常用于聚氨酯、不飽和樹脂及多種藥物中間體的合成。預計到2025年，全球1,3-丙二醇市場規模將從2020年的4.017億美元增長到6.906億美元，年復合增長率達11.4%，其最主要的推動力來自于PTT及其纖維制品的市場需求[2]，因此，1,3-丙二醇也備受紡織產業關注。

1,3-丙二醇的生產方法較多，隨著環境問題的日益嚴重，產品的碳足跡被高度關注，所用原料來自于石化資源還是生物質資源，已成為產品重要的分類依據。由石化原料產業化制備1,3-丙二醇的路徑主要有丙烯醛水合催化加氫法和環氧乙烷催化甲?；託浞╗3]，分別由德國德固賽(Degussa)公司和荷蘭殼牌(Shell)公司研發，制備路徑如圖1所示。2種方法均建有萬噸級生產線，在2000年以前是1,3-丙二醇的主要生產方式，但存在原料毒性大，催化體系昂貴，反應溫度壓力要求高，生產安全管理復雜等問題，使得1,3-丙二醇價格極高，進而嚴重影響了生物基PTT的生產及應用推廣。此外，甲醛乙醛縮合法、乙烯普林斯(Prins)反應法也可制備出1,3-丙二醇，但這些方法化學過程復雜，副反應控制難度大，并未受到產業化的過多關注。

圖1 用石化原料制備1,3-丙二醇的路徑

隨著生物經濟的興起，生物基化學品制備技術的發展為1,3-丙二醇的大規模生產注入了新的活力。以生物質原料制備1,3-丙二醇的路徑有微生物發酵法和甘油催化氫解法，其中甘油催化氫解法是相對簡單的化學過程。所謂的生物基是指以生物基甘油為原料進行制備，因為催化位阻關系，1,3-丙二醇在氫解產物中的占比很低，此路線本質上更適于1,2-丙二醇的制備;但近年來由于Pt-W基和Ir-Re基2個氫解催化體系的發現，1,3-丙二醇的轉化率有了較為明顯改觀[4]，相關研發的關注度也在逐年攀升，但目前尚未見產業化報道。

微生物發酵法是目前生物基1,3-丙二醇生產的主導方式，最早由美國杜邦(DuPont)公司開發，并于2003年實現產業化，此法的反應條件溫和,成本較石化法顯著降低，這才使得近年來生物基PTT及其纖維產業得以真正的發展。圖2示出微生物發酵法制備1,3-丙二醇的主體代謝路徑。其相關研發主要集中于發酵技術和產物純化技術，本文主要對這2個方面的研究進展進行梳理。

1.1 發酵技術

1.1.1 發酵底物

目前已知的天然微生物中，能生產出1,3-丙二醇的大都以甘油作為發酵底物。起初甘油價格較高，出于成本控制的考慮，大量研究集中于對發酵底物的拓展，主體思路是通過基因工程技術構建改造菌種，或多種微生物混合發酵等手段，利用更為廉價的原料先代謝出甘油后，再進一步發酵制備1,3-丙二醇。目前，葡萄糖[5]、半纖維素水解液[6]、木質纖維素水解液[7]等均可作為底物或共底物。

圖2 微生物發酵法制備1,3-丙二醇的主體代謝路徑

隨著生物柴油產量的迅速增加，其副產物粗甘油的利用也成為當下的研究熱點。據估計，全球因生物柴油生產而伴生的粗甘油可達20.7萬t/a[8]，但由于提純粗甘油成本高，以其為原料制備精甘油并無市場競爭優勢；因此以粗甘油為底物發酵生產1,3-丙二醇是研究的主要方向，也更符合綠色循環經濟理念。目前，相關發酵可用菌株主要有乳酸桿菌DSM 14421[9]、肺炎克雷伯菌PD41[10]及丁酸梭菌DSMZ 10702[11]等。

1.1.2 發酵副產物的控制

因微生物自身生長需要，代謝副產物是不可避免的。這不僅降低了目標產物的轉化率，且副產物中的乙酸、乳酸及其鹽類還會導致發酵環境惡化，使效率降低。同時，副產物中的2,3-丁二醇因沸點與1,3-丙二醇的接近，還會加大精餾提純的難度，因此，抑制副產物的產率一直都是研發重點，主要思路有2類：一是通過菌種的篩選誘變以分離出優勢菌株；二是通過基因改造構建新型菌株。例如：在高鹽度的紅樹林沉積物區域可篩選出具有良好乙酸鹽和乳酸鹽耐受性的肺炎克雷伯菌HSL4[12]；敲除肺炎克雷伯菌株中編碼丙酮酸氧化酶的poxB、pta和ackA基因可減少乙酸生成，敲除編碼乳酸脫氫酶的ldhA和aldH基因也可減少乳酸的生成，可使1,3-丙二醇的產率提升11%～16%[13-14]；強化編碼AI-2轉運蛋白及逆向轉運蛋白的tqsA和citT基因的表達也可減少副產物的生成，可使1,3-丙二醇的產率提升14%～25%[15-16]；在誘變獲得的乙酰乳酸合酶缺陷的肺炎克雷伯菌株中引入編碼丙酮酸脫羧酶和醛脫氫酶的基因，可使2,3-丁二醇的生成量減少73.4%[17]。此外，基于共生關系的混合菌共發酵也可降低副產物產率，共培養還原性土壤桿菌和巴氏梭菌，可使副產物丁醇和乙醇分別減少16%和20%，同時目標產物1,3-丙二醇和丁酸的產量分別提升37%和38%[18]。

1.2 產物純化技術

提純發酵液中1,3-丙二醇的工序主要包含預處理、粗分離和精制[19]。

1.2.1 預處理

預處理環節的主要任務是將發酵液中的固形物、菌體及蛋白質、色素等大分子物質去除，以降低黏稠度，得到相對澄清的1,3-丙二醇水相體系。預處理手段主要有：絮凝、離心及膜分離。其中絮凝與離心手段往往需要聯用，但大規模操作時設備投資較大，連續化運行難度高，成本上并沒有太多優勢。近年來,隨著膜分離技術的快速發展[20]，膜過濾成本大幅降低，易于連續化操作的微濾和超濾設備已在化工、食品、發酵等領域普遍應用，能夠較好地滿足預處理環節的過濾需求。

1.2.2 粗分離

粗分離環節的主要任務是脫鹽，預處理常用的微濾和超濾并不能去除發酵液中大量存在的有機酸鹽及無機鹽，鹽的存在不僅影響沸點，同時會顯著提升1,3-丙二醇水相體系濃縮過程中的黏度，需要提前除去。常見的方法有醇沉淀、雙水相分離、電滲析等[21]。為提升脫鹽效率，Dennis等[22]提出了納濾膜與離子交換樹脂聯用的脫鹽方法，此法更易與預處理過程形成連續化操作，但納濾膜的成本目前仍較高，產業化應用仍具有一定局限性。

1.2.3 精 制

目前，對粗分離所得1,3-丙二醇的精制通常采用四塔精餾提純工藝[23]。此外，Dennis等[22]公布的精制方法中還對精餾產物進行了加氫還原處理，以進一步去除其中微量的醛、酮等碳酰類易顯色雜質，提升產品色相。陳恩慶等[24]公布的生物基PTT聚合方法中也提到了去除1,3-丙二醇中微量的碳酰雜質后，可提升聚合品質。其中所述的碳酰雜質去除方法為在1,3-丙二醇中加入質量分數為0.5%～1.5%的KOH或NaOH，升溫至210～250 ℃反應20～60 min后，降低體系壓力至1.33 kPa，蒸餾收集(90±1) ℃時的餾分。由此方法精制后，1,3-丙二醇中碳酰雜質的含量可降低至50 mg/L 以下(以丙醛計)。

生物基粗甘油及微生物發酵成本雖然較低，但對發酵液中1,3-丙二醇進行純化的成本卻很高，千噸級規模下，僅純化的估算成本就高達1.43～1.47萬元[21]，因此，純化工藝的優化與改進對于降低生物基1,3-丙二醇的成本至關重要，也是未來研究的重點。

2 生物基PTT的合成工藝

生物基PTT的產業化制備主要有酯交換法與直接酯化法2種，合成路線如圖3所示。2種方法的區別主要在于前半部分，酯交換法以對苯二甲酸二甲酯(DMT)為原料，第1步是與1,3-丙二醇進行酯交換反應，脫除甲醇后形成低聚物中間體；直接酯化法則是以精對苯二甲酸(PTA)為原料，第1步與1,3-丙二醇進行酯化反應，脫除水后形成低聚物中間體。2種方法在形成低聚物中間體后的反應基本一致，即在進一步升溫且抽真空的條件下進行熔融縮聚。酯交換路線前段反應溫度較直接酯化低，反應均相性好，但其甲醇回收系統安全管理成本高，且目前DMT的價格也明顯高于PTA，因此，現在工業化生產中以直接酯化法為絕對主導。

圖3 生物基PTT的合成路線

生物基PTT與PET聚合不同的方面主要體現在反應活性及副反應2個方面。反應活性方面，1,3-丙二醇較乙二醇低，且相對分子質量大、沸點高，因此,酯化和縮聚都較PET慢。副反應方面，PTT的熱降解及低聚物環化更易發生[25-26]，會出現烯丙醇、丙烯醛及環狀二聚體。這些物質會嚴重影響聚合產品的色相、特性黏度及可紡性，同時也影響制成纖維的染色均勻性。特別是以生物基1,3-丙二醇為原料的聚合，由于生物發酵產品中微量雜質的復雜性[27]，聚合品質控制難度也更高。針對以上2個方面的優化，是目前生物基聚合技術研發的重點。

2.1 催化體系

催化體系的優化是提升目標反應活性、抑制副反應的重要突破口。目前，生物基PTT的合成催化劑主要采用的是高活性的鈦系和錫系[28]，其中鈦系催化劑因生態安全性更高，應用最為廣泛。常見的鈦酸酯類催化劑對酯化和縮聚的催化活性雖然高，但同樣也會引起熱降解等副反應的加速，因此，平衡催化劑在主反應與副反應中的催化活性，一直是相關研究的重點與難點。從目前報道的研究結果來看，多金屬復合及配體結構調節是優化催化劑性能最為有效的手段。Kuo等[29]先通過鈷、錳、鎂、鈣的乙酸鹽與乙二醇鈦復配，催化同時添加磷酸酯類作穩定劑，制備的產物特性黏度可達0.91 dL/g，色相b值小于5；成娟等[30]以甘露醇對鈦酸酯進行配體交換，同時復配鎂化合物作為副催化劑，添加鈷化合物作為調色劑，可實現產品的色相b值小于4；同時，以1,3-丙二醇對鈦酸酯進行配體交換，再與鈷進行配位制得的催化劑，也可有效地抑制熱降解，提升產品色相[31]。宋歌等[32]以鈦酸酯、酒石酸、乳酸鋅與1,3-丙二醇反應，所合成的催化劑可使環狀二聚體含量降低至0.9%，使產品特性黏度達0.91 dL/g；類似地選用以鈦酸酯、檸檬酸、乙酸鎂與1,3-丙二醇反應合成的催化劑催化，熔融縮聚產品的特性黏度可達1.01 dL/g，進一步固相縮聚后可高達1.148 dL/g，且環狀二聚體含量也僅為1.92%，產品色相b值小于8[33]；此外，由前驅體共沉淀及550 ℃焙燒工藝制備的鈦鎂復合氧化物，也表現出優異的催化性能，制備的產品特性黏度為0.914 dL/g, 且色相b值僅為2.38[34]。

目前，關于生物基PTT催化劑催化機制的研究相對模糊，現有工作大都圍繞對過渡金屬的新型復配組合、配位數及配體結構調控進行嘗試，這主要與在高溫且對壓力有較多要求的反應條件下，對反應過程微觀層面的表征難度太大有關。不過值得相信的是，隨著分子模擬技術在聚合物方向上的快速發展，定會給PTT催化體系的優化設計與研發帶來更系統的幫助。

2.2 聚合工藝

生物基PTT產業化制備的主要環節及裝置大部分承襲了PET的方案，采用的也是典型的三釜流程或五釜流程。在既定流程上的工藝創新設計及優化研究，對于實現反應效率提升及副反應的抑制更具直接意義。其中，聚合工藝參數設定上的矛盾點常突顯于反應溫度的控制，因為1,3-丙二醇反應活性低且沸點高，為加速酯化及縮聚反應，升高溫度是慣常思路，但溫度升高對副反應加速的程度卻往往更顯著，得不償失。三釜流程停留時間短，反應溫度高，因PET熱穩定性較好，這些并不會對其產品指標帶來明顯影響，因此，三釜流程是提升PET聚合效率的更優選擇，但這對PTT并不盡然[35]?，F行催化體系下，反應溫度相對較低的五釜流程更適合于生物基PTT的生產，產品的特性黏度、色相等指標的數值及穩定性也相對更好。在反應溫度受限的情況下，吉鵬等[36]提出了低醇酸比與酯化物返流聯用技術，以加速聚合進程。相比傳統工藝，采用較低的醇酸比(1∶1.05～1∶1.10)既可有效降低酯化時的成醚副反應，也可在不升溫的情況下，提升反應初期體系的酸度值，有利于酯化的自催化加速；同時為縮短酯化前期因非均相態反應而固有的慢速期，引入了酯化物返流工藝，利用酯化物對固相原料的增溶，可在較低的溫度下加快反應進程，進而實現低副反應生物基PTT聚合的高效運行。

副產物的應對方面，針對丙烯醛、烯丙醇產生過多的問題，Moon等[37]提出了無催化酯化工藝，且二酯化由常規的加壓改為常壓，此工藝下丙烯醛和烯丙醇的生成量可降低約50%。環狀二聚體的控制上，除優化催化體系以減少產生量以外，通常還會采用在線抽吸的方式加以脫除，在強化真空系統處理強度的同時，還應特別注意備用真空系統的配置及可在線切換的設計，因環狀二聚體結構相對穩定，且易聚集成黏稠層，常會出現抽吸堵塞而影響正常生產的情況。相比切片紡絲，生物基PTT熔體直紡產品的品質受副產物控制水平的影響更為明顯，除工藝優化外，相應的在線監測與快速檢測系統的配套研發也十分重要。

此外，基于生物基PTT纖維功能性及差別化的市場訴求，聚合改性一直都是研究熱點。生物基PTT與生物基呋喃二甲酸的共聚可獲得碳足跡更少的新型纖維材料，PTT共聚25%的呋喃二甲酸后，產物熔融溫度為202.3 ℃，拉伸強度可達53.1 MPa，且擁有較理想的斷裂伸長[38]。在低醇酸比PTT聚合工藝的酯化階段，添加間苯二甲酸二甲酯磺酸鈉鹽與1,3-丙二醇形成的酯化物，在實現提升反應速度的同時，可制備出共聚改性型陽離子可染PTT[39]。在特性黏度較低的生物基PTT中以熔融共混方式添加羥基苯甲酸及其酯類衍生物，之后再進行固相聚合，可獲得可紡性良好，且表面與抗菌劑共價鍵合的持久抗菌型生物基PTT[40]。

3 生物基PTT纖維的制備工藝

紡織纖維是生物基PTT最主要的應用領域，相關的紡絲應用研發也備受關注。生物基PTT與PET的紡絲流程相似，但由于物性參數的差異，紡絲工藝的設置有較多不同。

PET的紡絲溫度通常為295～298 ℃，在常見的紡絲出口剪切速率3 000 s-1下，其熔體表觀黏度約為30 Pa·s，而對應此情況的生物基PTT紡絲溫度約為265 ℃[41]。同時，生物基PTT的非牛頓指數和黏流活化能也均比PET低[42]，所以生物基PTT紡絲所用噴絲板孔需采用高長徑比設計，與PET復合紡絲時，也應盡量選用可雙組分獨立控溫的多箱型箱體[43]，以確保二者表觀黏度的匹配性。結晶性能方面，生物基PTT的結晶速率要明顯高于PET的[44]，常規熔體造粒工藝所獲得的生物基PTT切片即為半結晶態，所以可省去PET切片紡絲必須的預結晶處理。熱穩定性方面，PTT相比PET更易熱降解[45]，且其環狀低聚物的含量通常約是PET的2倍[25]，這使得生物基PTT紡絲過程中會釋放出較多因低聚物凝集而形成的粉塵，以及因熱降解而產生的丙烯醛等毒害物質，不僅增加了噴絲板清理難度，也會污染車間環境。目前多采用較簡單的通用排風系統處理，但效果并不理想。吉鵬等[46]公布的低阻尼負壓熔融紡絲技術很有希望在抽吸提升紡絲速度的同時，更好地緩解這一問題。

3.1 單組分紡絲

特有的高收縮構象在賦予生物基PTT纖維彈性的同時，也為高速紡絲下纖維內應力的平衡帶來了很大困難，常規高速紡制備全牽伸絲(FDY)和預取向絲(POY)的工藝下，均普遍存在因卷裝張力難以平衡導致的絲餅凸肩、筒管變形，以及因超喂不當產生的珠網絲等問題，不僅嚴重限制了卷裝容量，也導致退繞穩定性及纖維條干均勻性大幅下滑。同時較低的玻璃化轉變溫度也使得POY絲束在室溫下的老化收縮發展過快，在夏季38 ℃下，相比PET-POY絲餅生產后3個月的可倉儲時間，生物基PTT-POY絲餅下機后僅不到24 h就已無法滿足下游加工的需求，僅有在10～25 ℃，相對濕度為75%～90%的嚴苛條件下，才能相對穩定地保存，但這在實際生產中的可行性極小，很長一段時間內僅能以小卷裝生產，直到卷繞牽伸絲(SDY)和卷繞熱處理絲(SAY)紡絲工藝的出現，才有效緩解了生物基PTT的FDY和POY絲的卷裝及老化的難題。生物基PTT的SDY[47]和SAY絲[48]生產的主要工藝參數總結于表1中。相比FDY和POY工藝，SDY和SAY工藝的主要區別在于第一輥較高溫度的熱處理、較低的牽伸倍數和較少的超喂量，這些巧妙處理可獲得技術突破的背后，蘊藏著PTT復雜的凝聚態結構對牽伸、溫濕度等細微變化的敏感響應，仍有很多細節值得理論研究深入挖掘。

生物基PTT纖維的彈性雖然對卷裝很不利，但服用時卻往往是需要盡力展現的特征，因此，重新釋放因卷裝被鎖住的彈性也很重要，交替張力的熱處理技術為此提供了可行方案[49]，經此工藝處理后，PTT牽伸絲內部構象能較高的g-t-t-g(其中：t為反式；g為旁式)結構會向構象能較低的t-g-g-t形式轉變，從而獲得更加優異且持久的彈性回復性能，30%定伸長拉伸彈性回復率在5次循環測試后仍可達到79%，提升幅度達到10%。

表1 生物基PTT的SDY和SAY紡絲工藝對比

短纖維制備工藝方面，后紡牽伸階段也同樣會遇到纖維應力平衡的困擾。相比PET，生物基PTT短纖維制備工藝中的牽伸要明顯減弱，牽伸比為1.25～2.5，拉伸速度為45～110 m/min，而松弛熱定型方面則更加充分，在60～120 ℃處理15～25 min可獲得斷裂強度大于3.0 cN/dtex，卷曲率高達60%的短纖維[50]，能夠為蓬松、柔軟高檔服用面料的開發提供很好的支撐。此外，利用生物基PTT制備地毯用連續膨體長絲(BCF)更能發揮出其綜合了PET及聚酰胺(PA)二者優點的長處，在抗污性、耐老化、耐磨及高保形等方面的表現均更為出色，更具市場競爭力，PTT-BCF通常采用漸進式升溫的多段熱牽伸卷曲工藝制備[51]，絲束蓬松性的調節可通過牽伸比、熱輥溫度、熱空氣壓力等來實現。

3.2 復合紡絲

為進一步降低纖維生產成本，充分發揮生物基PTT性能優勢，提升纖維差別化率，生物基PTT/PET復合紡絲成為了近年來研究的熱點。此類產品最早由美國杜邦公司開發，采用并列復合紡絲及濕熱處理定型工藝制備，纖維因雙組分收縮差可形成持久的三維卷曲，彈性回復率大于95%。在一定程度上較好地替代了氨綸彈力絲，同時可避免氨綸彈力絲染色性差、易老化、彈力過剩引起的織造復雜等造成的新面料開發難的問題。復合紡絲工藝設計方面，在生物基PTT和PET熔體紡絲表觀黏度適配的溫度區間下，由于生物基PTT的非牛頓特性更加明顯，因此，雙組分等供量復合時，很有可能出現復合面由生物基PTT組分向PET組分凸進，而非平均對分的情況[52]，進而影響熱處理后的卷曲性能，這是在截面設計前需要提前考慮的，通常生物基PTT/PET復合比會控制在4∶6或4.5∶5.5，即降低生物基PTT比例以獲取截面的正并列形態，從而可為纖維提供更高的卷曲勢。

近年來，國內高校和企業也針對生物基PTT/PET復合纖維性能優化方面開展了大量研發工作。在生物基PTT/PET并列復合雙組分結合牢度方面的研究發現，雙組份界面處共聚酯的生成量是復合牢度的關鍵指標，而共聚酯生成量與2種熔體在高溫下接觸時長密切相關，因此，可通過雙組分熔體在紡絲組件內流動情況的調節，實現對復合牢度的改變，對獲取更穩定的復合卷曲，亦或是特意利用弱結合以便開纖獲取超細纖維等紡絲的需求[53]。嚴建華等[54]針對傳統消光劑在生物基PTT/PET復合紡絲成形過程易出現可紡性及纖維光澤均勻性差的問題，開發了聚合過程消光劑原位合成的消光聚酯制備技術，可實現低消光劑含量下復合纖維表面的光澤度小于20，有效緩解了低光澤生物基PTT/PET復合可紡性差的問題，所得產品彈性回復率大于或等于90%。

生物基PTT纖維內部凝聚態結構的復雜多變性雖然為紡絲加工穩定性帶來了不小挑戰，但同時也為其纖維的差別化開發創造了更多條件，僅紡絲加工方面，就可通過對各級牽伸、熱處理工藝中眾多參數的組合式變化，實現對纖維回彈、卷曲、熱收縮及模量等關鍵指標值的較大幅度調節，再加上復合紡絲組分及截面的設計，可帶來的變化非常之豐富，極具深度開發潛質。

4 展 望

面對當下全球氣候變暖與能源短缺的重重危機，減少對石化資源的依賴，以及能源和資源的消耗，堅持綠色低碳可持續的發展方向已成為人們的共識。我國明確表態堅定履行《巴黎協定》承諾，在2030年實現國內生產總值碳排放比2005年下降60%～65%。艱巨任務下，生物基PTT纖維制備技術的突破與創新對于我國紡織化纖產業的轉型升級意義重大。

2010年以前，生物基PTT及其纖維制備技術由美國絕對壟斷，經過多年的追趕，我國在此領域已取得了較多實質性的突破。江蘇盛虹集團、張家港美景榮化學工業有限公司等行業龍頭企業在1,3-丙二醇的微生物發酵制備、大容量連續聚合及紡絲等方面，已形成了具有自主知識產權的工藝技術體系，且產業化運行穩定[55-56]；但相比生物基全面取代石油基的目標，仍需要在很多方面繼續努力，目前仍存在生產成本高、產品環境足跡評價體系缺失等問題亟待解決?；谇拔膶夹g發展現狀的梳理，下面對生物基PTT纖維未來研發的熱點方向進行展望，以期為研究者在相關領域的研發提供思路。

4.1 低成本純化及含雜聚合技術

目前，生物基PTT成本仍較高的主要原因在于生物發酵法1,3-丙二醇的純化成本居高不下。一方面，從操作效率看，膜分離技術的優勢較大，且成本控制難題也很有可能在低成本納濾膜的研制過程中找到答案；另一方面，著眼于新型聚合催化劑、穩定劑及工藝的研發，以降低聚合對1,3-丙二醇純度的要求，也同樣有希望實現突破，這往往需要建立在對聚合反應及副反應機制精深挖掘之上，也很有可能會隨著分子模擬技術的進步找到出口。此外，生物基甘油催化氫解法也值得重視，如果能夠通過新型催化劑設計及工藝優化，實現1,3-丙二醇產率大于80%，同樣有望解決成本控制難題。

4.2 高品質差別化生物基PTT纖維的開發

紡絲加工研究雖屬于傳統課題，但卻一直都是直面市場需求的重要研發，技術好壞與消費者滿意程度直接掛鉤，不容忽視。特別是對于凝聚態結構復雜多變的PTT，很多潛在的纖維性質并未被發掘，且目前紡絲及后加工的工藝參數，與纖維凝聚態結構的對應關系，多數僅停留于實驗數據的整理層面，核心機制方面的因果對應仍非常值得深入挖掘，這對于其他生物基纖維的制備及優化開發也同樣具有重要的指導意義。

4.3 生物基對苯二甲酸的制備技術

目前，生物基PTT僅有1,3-丙二醇這一種原料來自于生物質，僅占產品的25%～30%，而全生物基PTT研制的重難點就在于生物基精對苯二甲酸(bio-TPA)制備技術的突破，相關研究目前已經有較多報道，已知異丁烯、粘康酸、檸檬烯衍生物、羥甲基糠醛、呋喃二甲酸這些可由生物發酵獲得的分子，均可通過系列化學反應轉化為對苯二甲酸[57]。此外，生物質催化熱解制備苯系物技術的成功研制也為bio-TPA的制備增加了另一途徑[58]，不過目前相關研發主要集中于國外，相關技術的產業化可行性及成本信息鮮有披露，如果我國在此方面能加快自主研發及相關專利體系的布局，也大有趕超機會。

4.4 產品環境足跡評價技術

當前，世界主要發達國家和新興經濟體都已紛紛就生物經濟發展作出了詳細的戰略部署，經合組織(OECD)已提出了到2030 年將會有大約35%的化學品由生物基化學品替代[59]，歐盟委員會也已批準了首批產品環境足跡(PEF)評價標準，而我國尚未參與其中[60]，相關技術雖已有研究但并不成體系，且國內企業對相關領域的重視程度較弱。但產品環境足跡標準的出現，很有可能潛藏著巨大的綠色貿易壁壘，需要引起我國相關產業的足夠重視。我國作為紡織品出口大國，加快相關技術研究及體系布局也非常必要。