概述生物質纖維的分類以及發展現狀和前景分析情況

　　一、前言
　　生物質纖維是指來源于可再生生物質的一類纖維，包括天然動植物纖維、再生纖維及來源于生物質的合成纖維。大力發展生物質纖維可有效擴大紡織原料來源，彌補國內紡織資源的不足，同時也是應對石油資源日趨枯竭、實現紡織工業可持續發展的重要手段；開發可再生、可降解、可循環利用的生物質纖維，也是推進化纖原料結構調整和建立化纖工業循環經濟發展模式的重要任務。最近幾年來，國內地區的大學教授、專家和企業領導們都特別關注生物質纖維，國內外的行業專家等都對此產品前景比較看好，認為“生物質纖維”將成為未來紡織行業發展的主要方向，由于全球石油資源日趨匱乏，作為世界最大的化纖生產國，我國化學纖維的產量將會受到越來越多的制約，為了滿足市場需求，必須有相應的替代資源以滿足生產發展和消費增長的需要。在這種情況下，能替代石油的可再生、可降解的新型化纖原料的經濟性日益顯現，以生物質工程技術為核心的綠色纖維及材料的快速發展，將成為引領化纖工業發展的新潮流。
　　二、生物質纖維的分類
　　生物質纖維基本可分為生物質原生纖維、生物質再生纖維、生物質合成纖維三大類。以棉、毛、麻、絲為代表的生物質原生纖維是我國的傳統優勢品種；竹漿、麻漿纖維、蛋白纖維、海藻纖維、甲殼素纖維、直接溶劑法纖維素纖維等生物質再生纖維迅速發展，能基本滿足我國經濟發展及紡織工業發展的需求；PTT、PLA、PHA等生物質合成纖維已突破關鍵技術，部分產品產能世界領先。
　　1.竹漿纖維
　　以竹子為原料生產的竹漿纖維是近年來我國自行研發成功的一種再生纖維素纖維，具備良好的可紡性和服用性能，尤其是具有抗菌、抑菌、防紫外線和易于生物降解等特性，目前全國已形成5萬噸左右的產能。竹漿纖維自2000年問世以來，平均每年保持了30％的增長速度。10年來，竹漿纖維真正成為擁有自主知識產權，并得到廣泛推廣應用的新型紡織原料?，F在，國內已經推出了全竹、竹棉、竹麻、竹毛、竹真絲、竹天絲、竹萊卡、混紡絲、梭織、色織系列竹纖維產品，并初步形成了一些竹漿纖維產品品牌。目前，河北吉藁化纖的竹纖維產量至少占國內總產量的70%，紡紗生產企業有河北天綸、山東德棉、山東華源、保定依棉等?？椩?、染整及成品加工的企業相當多，但整體水平不高，產品開發也有很大的局限性。
　　2.PTT纖維
　　杜邦公司于2000年推出生物質PTT樹脂，商品名為“Sorona”，它是用玉米制成的生物質1，3－丙二醇（PDO）取代石油質PDO為原料而制成的。同時，杜邦公司還與韓國的新韓工業、日本的帝人和東麗及我國臺灣省的遠東紡織等公司合作，共同開發PTT纖維。我國福建海天輕紡集團與杜邦聯合開發PTT聚合已形成3萬噸/年能力，吳江中鱸科技公司3萬噸/年的PTT聚合正在建設中，生物質PDO處于供不應求狀態，目前廣泛關注以農副產品制備PDO。我國在PTT纖維紡絲、織造、染整方面已形成相當產能，開發的服裝面料已擁有一定的市場容量，并有穩步發展趨勢。
　　3.PHA纖維
　　是一類由各種微生物（如土壤細菌、藍藻、轉基因植物等）產生的生物相容可降解的全生物高分子。這類可熔融紡絲生產PHA纖維，工藝路線環保，污染少。目前纖維加工的難點在于PHA脆性較大、機械性能差和可加工溫度范圍窄。如果能突破紡絲加工的關鍵技術，在成本控制、染色性能等方面有較大改善，PHA纖維將是未來最可能與目前的聚酯纖維相競爭的纖維品種。東華大學在國內最早開始PHA系列纖維成型理論研究，并最終制備出具有一定物理機械性能的生物纖維，同時為通過熔融紡絲法直接制備功能性生物質纖維提供了理論和技術基礎。
　　4.Lyocell纖維
　　是20世紀90年代推出的新一代再生纖維素纖維，采用NMMO有機溶劑溶解和干濕法紡絲工藝制成，紡絲溶劑回收率達99％以上。目前，世界上該纖維年產量在12萬噸以上，其中奧地利蘭精公司是最主要的生產商。國內已有多家單位進行了相關研究開發。上海紡織控股集團下屬的上海里奧纖維企業發展有限公司已建成了1000噸/年的Lyocell纖維生產線，2009年7月企業又成功研發出萊賽爾竹纖維（LyoceelBamboo），并實現了大規模批量生產，填補了該纖維在全球范圍內商品化的空白。由中國紡織科學研究院承擔的“新溶劑法纖維素纖維關鍵設備與工藝的工程化研究”項目通過了專家鑒定，目前年產10噸的Lyocell纖維關鍵設備工程化小試示范線已建成并實現連續穩定運行，纖維主要性能指標均達到國外同類產品的先進水平。保定天鵝股份有限公司計劃投資12億元建設3萬噸生產線。NMMO法生產纖維素纖維在國內的最大障礙是知識產權問題。Courtaulds、AKZONobel、Lenzing等公司僅在中國就申請該技術相關專利多達上百項，無疑增加了技術開發和生產的成本。
　　5.牛奶蛋白纖維
　　是以牛乳作為基本原料的新型動物蛋白纖維，由牛奶酪蛋白與丙烯腈大分子接枝共聚反應而成，目前世界上只有個別國家能生產。我國從20世紀60年代開始研究牛奶纖維。上海正家牛奶絲科技有限公司的牛奶纖維生產技術在國內屬首創，并享有國家發明專利。目前國內生產企業還有山西恒天紡織新纖維科技公司、嫩江華強牛奶蛋白纖維公司、深圳優尼克紡織服裝公司等，但各企業產品乳酪蛋白含量不同。
　　6.甲殼素纖維
　　地球上存在的天然有機化合物中，數量最大的是纖維素，其次就是甲殼素，前者主要由植物生成，后者主要由動物生成。
　　三、生物質纖維需要早日產業化生產
　　與國外相比，我國開發研制生物質纖維甲殼素紡織品的工作起步較晚，是1952年開展甲殼素試驗的。1991年東華大學研制成功甲殼素醫用縫合線，接著又研制成功甲殼胺醫用敷料（人造皮膚）并已申請專利。1999～2000年，東華大學研制開發了甲殼素系列混紡紗線和織物并制成各種保健內衣、褲襪和嬰兒用品。2000年在山東濰坊，世界第一家量產純甲殼素纖維的韓國獨資企業投入生產，月產3噸。除上海之外，北京、江蘇、浙江等省市的有關廠家也開發了甲殼素保健內衣或床上用品，并已推向市場。近年來，我國有多數生物質纖維還在實驗室里，在全球石油等資源日益緊張的情況下，生物質代表化纖的未來。受制于原料一直是化纖發展的瓶頸。為了突破這樣的瓶頸，一些有實力的大企業選擇向上游走，去開采石油。但是石油資源是有限的，向上游走并不能解決化纖發展的全部問題。如果化纖能夠利用可以不斷再生的資源，化纖的產品又能夠實現可降解，那么化纖不僅能夠解決利潤下降的問題，還能從根本上打破產業發展的瓶頸。據悉，與再造一個生物質的確良的愿望相比，這份路線圖略顯保守。比如在原料替代方面，路線圖希望在2020年行業平均替代水平為5%，2030年行業平均替代水平為10%，2040年行業平均替代水平為20%。在過程替代方面，2020年行業平均替代水平為5%，2030年行業平均替代水平為17%，2040年行業平均替代水平為24%。在生化改性方面，2020年行業平均水平將達到5%，2030年達到10%，2040年達到15%。而中國化纖協會理事長鄭植藝指出，“十一五”期間，我國化纖行業在特種纖維開發應用及產業化方面取得了可喜進步，但在生物質纖維及生化原料研究方面還沒有邁出根本性步伐，對生物化學、分子生物學等的了解相對有限，還沒有意識到這些基礎科學在提升化纖工業中的重要作用。“十二五”期間，化纖工業將對生物質纖維及生化原料進行重點研究，引導行業利用生物技術提升產業水平，改造傳統再生纖維生產工藝，推廣纖維材料綠色加工和新工藝、集成化技術。我國化纖行業在生物質產業技術領域取得了一定成績，如：聚乳酸及纖維正在實現產業化，1，3－丙二醇、1，4－丁二醇等生物法多元醇、糖醛等單體原料、聚合物及纖維深加工進步迅速，竹漿、麻漿等新型再生纖維素原料多樣化、新溶劑法纖維素纖維制造技術等已取得明顯突破。目前，我國生物質再生纖維產業快速發展，2009年產能已達191萬噸，占世界總產能的77%，2012年產能達到了200萬噸以上，占世界總產能的85%以上。我國生物質纖維資源儲量豐富，如農作物秸桿、樹木類資源量約有30-32億噸以上，海洋貝殼類、海藻類約有20-21億噸，動植物蛋白類纖維資源量約有300億噸以上，具有廣闊的開發應用前景。A股上市公司中，山東海龍、吉林化纖等都開展了生物化纖的研究，并取得了一定成果。
　　四、生物質纖維的提出順應了當前的發展潮流
　　生物制造產業將是影響未來的戰略性領域。國際經濟合作與發展組織(OECD)預測，至2030年，將有35%的化學品和其他工業產品來自生物制造。2007年全球生物制造產品銷售額為480億歐元，預計到2017年將達到3400億歐元，其中生物材料將以38%的速度增長。美國、歐洲、加拿大等國家和地區先后制定生物產業發展相關路線圖，工業生物技術已經成為各國的戰略培育方向。美國的生物質發展路線圖顯示，到2020年美國要實現化學工業的原料、水資源及能量的消耗降低30%，污染物排放和污染擴散減少30%；2030年替代25%的有機化學品和20%的石油燃料。歐洲工業生物技術2025遠景規劃中，期望取得基于生物技術型社會轉變的實質性進展，生物能源替代化石資源20%?；瘜W品替代10%~20%，其中化工原料替代6%~12%，精細化學品替代30%~60%。在此國際背景下，我國制定的《生物產業“十二五”發展規劃》指出，到2015年，全國生物產業產值達到4萬億元；2020年，達到8萬億至10萬億元。重點發展五大方面：生物醫藥、生物農業、生物能源、生物環保、生物服務外包。預計到2020年，生物醫藥占全球藥品的比重將超過1/3，生物質能源占世界能源消費的比重將達到5%左右；生物基材料將替代10%~20%的化學材料。
　　五、結束語
　　目前，可以直接利用的生物質纖維每年產量已超過3000萬噸，其中植物（纖維素）纖維量最大，棉花約2500萬噸，各種麻類約400萬噸，動物（蛋白質）纖維其次，如羊毛約210萬噸，蠶絲約150萬噸。盡管這類纖維也需要通過一定的預處理、紡紗、織造等工藝過程才能得以利用，但其技術相對成熟，對環境的影響也較小。而大量不能直接利用的生物質原料要成為纖維，需要經過原料制備、紡絲等復雜的工藝和嚴格的工程設計。從19世紀末發明粘膠法生產再生纖維素纖維至今，100多年過去了，各種生產生物質纖維的新技術不斷涌現，然而從纖維的產量比例來看，粘膠法依然占據著不可動搖的主導地位。2010年我國大陸粘膠纖維產量為180多萬噸，而直接溶劑法生產纖維素纖維的技術還處于千噸級生產線和小型試驗線的階段，其能耗與運行成本嚴重影響了其進一步發展。如今，已經規劃了生物質纖維30年路線圖，30年路線圖強調，國內發展生物質纖維及生化產業的根本目標，是實現“兩個替代、一個改性”——對化石原料資源替代，對化工加工工藝路線替代，以及生化方法改性，實現生化差別化發展。根據初步規劃，到2020年紡織化纖行業使用生物質纖維實現原料替代5%，2030年達到10%，2040年將達到20%，屆時紡織原料格局將更加多元化，資源瓶頸將得到有效緩解；在過程替代方面，2020年行業平均水平將達到5%，2030年實現17%，2040年增長至24%，生產過程將更加清潔、高效。同時，采用傳統方法實現紡織化纖產品差別化發展已經走到了盡頭，生化技術將為產品差別化帶來新的突破。