生物基化学纤维的发展现状及其应用

　　【摘要】生物基化学纤维原料为可再生物质，且其作为传统化学纤维企业转型升级的新方向之一，具有明显的优势和巨大的发展前景。介绍了生物基化学纤维种类及其国内外发展现状、主要品种的有关特性及其应用领域、以及目前我国生物基化学纤维所面临的主要问题及其未来发展趋势。生物基化学纤维包括生物基新型纤维素纤维、生物基合成纤维、海洋生物基纤维、蛋白纤维4类。至2016年，除粘胶纤维外，我国生物基化学纤维总生产能力达到350kta，在关键技术和产业规模方面均取得突破。生物基化学纤维在服装、家纺、非织造布领域均有广阔的应用前景，且应用领域在不断拓展。与国外发达国家相比，我国生物基化学纤维在生产及发展过程中面临的问题主要涉及到关键技术及装备、生产成本、生产规模、应用机理等方面，但我国生物基化学纤维发展具有一定的后发优势。未来生物基化学纤维在规模化稳定生产、原料生产及应用技术、产业链跨越与可持续发展等方面仍有待突破。
　　【关键词】生物基；化学纤维；发展现状；应用
　　中国是化学纤维生产大国，2016年化学纤维总产量达到49440kt，不仅超过世界化学纤维总产量的50以上，且超过中国纤维加工总量80。根据原料来源不同，化学纤维分为石油基化学纤维和生物基化学纤维两类，其中石油基化学纤维占化学纤维总量90以上。化学纤维对石油基化学品的过度依赖将导致石油等不可再生资源的大量消耗，从而引发资源枯竭、环境污染等问题。据报道，目前世界石油资源可开采年限约40年，而我国能开采的年限也不超过30年。为了满足市场需求，必须寻找相应的可替代性资源。
　　一、我国生物基化学纤维的发展现状
　　（一）关键技术
　　关键技术不断突破有利于我国摆脱国外的技术垄断，进而生产出具有自主品牌的纤维品种。目前，我国已在生物基化学纤维生产关键技术方面取得较大进展，如：PDO、L乳酸（LA）、戊二胺等生物基纤维原料在生物发酵和分离纯化等方面已实现突破；高脱乙酰度壳聚糖、褐藻酸盐、竹浆粕、麻浆粕等已实现批量生产和绿色生产；壳聚糖纤维、Lyocell纤维、海藻酸盐纤维和生物基聚酰胺等关键技术如纺丝、后整理技术已实现突破。
　　（二）产业规模
　　至2016年，除粘胶纤维外，我国生物基化学纤维总生产能力达到350kta。其中，生物基合成纤维和海洋生物基纤维产量较高且增幅较大。目前，Lyocell纤维、竹浆纤维、麻浆纤维，PTT纤维、PLA纤维、PDT纤维、蛋白复合纤维、壳聚糖纤维、海藻酸盐纤维均已实现产业化。
　　1、生物基合成纤维
　　目前，国内PLA纤维生产能力达到15kta，主要生产企业包括上海同杰良生物材料有限公司、河南龙都生物科技有限公司、恒天长江生物材料有限公司、海宁新能纺织有限公司、张家港安顺科技发展有限公司等；PHBVPLA共混纤维生产能力为1。5kta，主要生产企业为宁波禾素纤维有限公司；在PTT纤维方面，盛虹集团已拥有20ktaPDO及50ktaPTT聚合及纺丝能力，实现了从PDOPTT聚合到PTT纺丝完整产业链的国产化技术的生产，张家港美景荣化学工业有限公司拥有10ktaPDO及30ktaPTT聚合的自主知识产权且实现了产业化，目前正在扩建220ktaPTT复合纤维生产线；在PA56纤维方面，丹东优先科技公司已建成20kta的生产线，新疆凯赛生物材料有限公司正在筹建50kta生产线。
　　2、生物基新型纤维素纤维
　　目前，我国Lyocell纤维进入了规模化发展阶段。保定天鹅新型纤维制造有限公司、山东英利实业有限公司分别引进外国先进的Lyocell纤维生产技术，并分别于2014年、2015年实现了15kta的产业化生产；2016年12月，中纺院绿色纤维股份公司15kta国产化Lyocell纤维生产线已进入产业化阶段。麻浆纤维是近年来我国研发成功的新产品，生产能力约5kta，主要产地集中在河北、山东、云南等地。
　　3、海洋生物基纤维
　　我国壳聚糖纤维拥有自主知识产权，但是生产能力较低，约为2kta，主要生产企业有海斯摩尔生物科技有限公司、天津中盛生物工程有限公司等。海藻酸盐纤维具有阻燃、生物相容性好等优点，我国拥有自主知识产权和自行设计的产业化生产线，生产能力为1kta，主要生产企业有青岛康通海洋纤维有限公司、厦门百美特生物材料科技有限公司、广东百合医疗科技有限公司等。蛋白质复合纤维属于对传统化学纤维的改性提升，其產品已形成品牌效应，生产能力为4kta，主要生产地有上海、江苏、四川、辽宁等地。
　　二、生物基化学纤维主要品种的特性及应用领域
　　（一）PLA纤维
　　PLA纤维来源于淀粉、甘蔗等可再生资源，是使用最广泛的生物基化学纤维。PLA纤维密度小、可加工性能好、抗紫外线性能优良，广泛应用于服装、窗帘、沙漠治理用沙障等领域。PLA纤维具有一定的阻燃性、低烟且阻隔性能良好，广泛应用于阻燃抗熔滴制品。PLA纤维压电性能良好，广泛应用于智能穿戴等领域。PLA纤维还具有一定的抗菌防螨功能，主要用于妇女卫生制品、婴幼儿尿不湿、成人失禁用品、贴身内衣裤以及医生、护士、病人穿的手术服、防护服等。
　　（二）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。
　　（三）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。
　　三、结语
　　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，开发各种生产工艺相结合的新型生产路线。
　　【参考文献】
　　〔1〕彭孟娜，马建伟。生物基化学纤维的发展现状及其应用〔J〕。合成纤维工业，2018，4103：5559。
　　〔2〕李增俊。生物基化学纤维产业发展现状与展望〔J〕。生物工程学报，2016，3206：775785。