生物質再生纖維環保加工技術前瞻(二)

　　新溶劑法纖維素纖維開發概況與展望

　　生物源纖維制造技術國家重點實驗室研究員 孫玉山

　　生物基化學纖維中已開發的生物基合成纖維包括PLA、PTT、PBT、PDT、PHBV、PBS纖維等。由于最近幾年國際上開發出生物質經催化熱裂解得到芳香烴原料的新技術，生物基PET纖維成為可能，加之已具備可行性的生物基尼龍纖維等，未來生物基合成纖維的最大品種有待確定。

　　已開發的纖維素新溶劑體系有多種，可分為衍生化和非衍生化溶劑、水相和非水相溶劑、有機和無機溶劑；成為研究開發熱點的有NMMO胺氧化物體系、纖維素氨基甲酸酯/NaOH體系、堿/尿素體系、離子液體體系、磷酸體系；其中基于NMMO體系的Lyocell纖維已形成了規?；a。

　　Lyocell纖維溶解將主要采用薄膜蒸發溶解技術，紡絲為干噴濕紡技術，溶劑回收將采用進一步的節能技術。

　　纖維素氨基甲酸酯/NaOH體系屬衍生化溶劑體系，大分子鏈羥基已封堵。需通過工藝技術的進一步完善，使纖維性能和技術經濟指標達到粘膠纖維的水平。

　　堿/尿素水溶液溶劑體系具有環保性好、成本低的特點。該體系屬非衍生化溶劑體系，大分子鏈羥基未封堵。需開發新型溶解、紡絲技術，以使纖維各方面性能指標達到粘膠纖維的水平。

　　離子液體溶劑體系與NMMO溶劑體系相比，在穩定性方面，離子液體溶劑體系具有相對優勢；在環境毒性方面，NMMO溶劑體系具有相對優勢；在溶解與溶劑回收能耗方面，尚缺乏兩種溶劑體系的定量對比數據。

　　利用離子液體溶劑體系的廣譜溶解性，可先期開發功能性纖維，如：纖維素/丙烯腈共聚物纖維、纖維素/殼聚糖纖維、纖維素/蛋白纖維等。

　　膠原蛋白/聚乙烯醇復合纖維

　　四川大學高分子科學與工程學院教授 葉光斗

　　膠原蛋白(Col)是一種白色、不透明、無支鏈的纖維蛋白質，是由動物細胞合成的一種生物性高分子。Col存在于動物的骨、腱、肌鞘、韌帶、肌膜、軟骨和皮膚中，占哺乳動物體內蛋白質總量的25%~30%，相當于體重的6%；真皮蛋白質中，膠原蛋白含量可達85%。

　　膠原蛋白分子鏈含三條肽鏈，它們分別呈左手螺旋構象，組成一個大的三股螺旋體，分子量約30萬。肽鏈間的相互作用力保證了螺旋體的牢固。

　　肽鏈間的相互作用力：極性基團產生離子鍵、氫鍵、范德華力；非極性基團產生疏水鍵、范德華力。聚乙烯醇（PVA）大分子鏈為伸直鏈構型，結構規整、分子鏈柔順，易結晶。其結晶結構為斜方晶系，晶格中大分子呈鋸齒狀分布，每個晶胞含兩個單元鏈結，具有高的理論強度。PVA的Tg為80℃左右，熔點與分解溫度相近，在210℃~270℃。其具有良好的生物相容性、無毒、化學穩定性好，同時，具有良好的成纖性、成膜性、吸濕性和韌性。在化纖、膜材料、藥物、醫學、食品、封裝等行業有廣泛的應用。

　　根據兩者的特點，其復合纖維可在毛制品、醫療衛生用品、藥物控釋等領域發揮作用。但Col/PVA復合纖維紡絲也存在問題，如可紡性差、纖維綜合性能低等。在復合原液中添加與Col和PVA均能反應的交聯劑可有效解決這些問題。

　　經過一系列的制備過程，我們得出結論：交聯Col/PVA復合纖維形態結構更加致密，纖維結晶度較PVA纖維低，殘炭率較PVA纖維高；交聯Col/PVA復合纖維斷裂強度、斷裂伸長率和RP值分別可達4.0cN/dtex、12%以上、110℃以上；交聯Col/PVA復合纖維生產過程中Col保留率可達90%以上。

　　純殼聚糖纖維工業化綠色紡絲技術與應用

　　海斯摩爾生物科技有限公司董事長 胡廣敏

　　殼聚糖纖維具有天然抑菌及優異的生物學特性，是一種既安全又具有多種生物活性的功能性纖維，成為倍受國際關注的海洋生物質纖維主要品種。

　　殼聚糖纖維的紡絲液是一種觸變性膠體，其輸送、擠出成型都與常規化纖紡絲有巨大差異，目前的設備紡制的纖維強度較低，飽和力較差，后道加工困難，無法突破規?；款i。

　　紡絲關鍵技術在四方面進行了突破：包括紡絲級高品質片狀殼聚糖可控提取技術；片狀殼聚糖高剪切直接反應、溶解一體化技術。

　　復合高效脫泡技術高壓大流量計量泵觸變性流體擠出技術；分區高密度大直徑噴絲板；平推流高溫凝固技術。

　　在進行千噸級生產線全流程節能環保、綠色紡絲的過程中，突破原液制備與緊湊型設計、氣壓輸送技術，研發往復式逆流水洗裝置，利用2000噸級中水回用系統。

　　在制品與產品關鍵技術方面，我們研發了無卷曲海斯摩爾制條技術；多組分多形態殼聚糖材料的全色系染色技術；對水刺非織造布技術和熱風非織造布技術進行了突破。

　　該纖維的應用領域極為廣泛，如醫療領域，包括外科植入物外科手術無針線縫合貼布、疝修補片等膜類產品。衛生領域，海斯摩爾公司正在與國際前十的知名品牌企業合作開發衛生巾、紙尿褲、濕巾、面膜等。在航天領域，海斯摩爾與阻燃纖維制成的特種功能布具有無毒、阻燃、防靜電、抗菌、防毒的功能。

　　纖維素高效綠色紡絲技術

　　東華大學教授 余木火

　　課題組的研究重點，一方面是強極性高分子加工中分子鏈間相互作用調控，包括芳綸（聚合誘導相轉變與高粘度紡絲）；PAN增塑熔體紡絲及其低成本碳纖維-973課題、紡織基礎研究基金；纖維素高效綠色加工技術-江蘇省前瞻性戰略新產品專項、紡織基礎研究基；SiBN前軀體聚合物及其陶瓷纖維。

　　另一方面是復合材料，相關項目合作包括民用航空復合材料協同創新中心、上海市高性能纖維與復合材料產學研平臺、國家863項目碳纖維復合材料汽車零部件快速成型技術及NSFC重點項目多級層狀結構高分子制備的新方法。

　　其中，高性能芳綸纖維制備國產化關鍵技術研究已通過鑒定，我們與河北硅谷化工有限公司建立了1000噸芳綸生產線，主要突破聚合誘導相轉變技術和高粘度液晶紡絲技術。

　　東華大學在高效綠色纖維素纖維生產新技術取得了一定的進展，通過與江蘇龍馬綠色纖維有限公司的合作，我們以“先實驗室小試、探索原理及可行性，再在工廠逐步擴大、達到產業化標準”的機制。主要進展包括：

　　1.建立新方法的溶解中試設備，并在中試裝備上開展一系列實驗工作。

　　2.攻克提高濃度的難題，已經在工程實驗線，將纖維素溶解度從4%提高到了9%；高于粘膠纖維。

　　3.攻克凝膠化難題，凝膠時間達到72h。

　　4.溶解溫度提高，從-12℃提高到了-5℃，節約能耗。

　　5.實驗室紡絲實驗，得到纖維強度高于粘膠纖維。