生物質合成纖維環保加工技術及其應用

　　日前，由中國紡織工程學會主辦的第5期紡織科技新見解學術沙龍——生物質合成纖維環保加工技術及其應用在東華大學舉辦。

　　本期沙龍由中國工程院院士蔣士成、姚穆，同濟大學材料科學與工程學院教授任杰、東華大學材料科學與工程學院院長朱美芳、總后勤部軍需裝備研究所教授級高工施楣梧領銜，另有來自另外清華大學、浙江理工大學等10所高校的20余位高校代表，以及寧波天安生物材料有限公司、凱賽生物產業有限公司、中石化上海石化股份有限公司10余位企業代表應邀參加此次學術沙龍。

　　沙龍圍繞生物質合成纖維PLA、PTT、PBS、PHA以及聚酯多元醇等在研發和產業化過程中的熱點、難點問題，如原料制備中的基礎科學問題、高效環保加工方法及關鍵技術、應用領域、發展趨勢等展開討論。清華大學教授陳國強、浙江理工大學教授陳文興等分別圍繞生物質合成纖維環保加工技術及其應用這一主題展開報告，內容涉及單體合成、聚合物合成、纖維成型加工、生物質合成纖維的開發與應用等。期間，本著公開、平等的原則，與會者在提問與討論中熱切交流，優秀成果的共享形成了“1+1＞2”的良性循環。

　　綠色、可持續發展、環保材料是生物基纖維給人類的美好期許。相關國際組織預測，到2030年，將有35%的化學品和其他工業產品來自生物制造。我國生物質資源儲量十分豐富，以農、林、牧、海等生物資源為原料，生產化學纖維具有很好的發展前景，符合綠色、循環、可持續發展戰略。“綠金時代”的到來是紡織人為推動社會發展奠定的又一基石。

　　生物基合成纖維前景明朗

　　東華大學材料科學與工程學院研究員王華平

　　生物基合成纖維的研發對行業乃至國家的可持續發展都有非常重要的意義。隨著全球人口的增長，人類對能源的需求不斷增加，不可再生資源的減少是人類未來發展不得不面對的問題。因此，對可再生能源和原料的追求，是全球發展的趨勢，生物制造產業將是影響未來的戰略性領域。

　　《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》將生物產業列為七大戰略性新興產業之一；《生物產業發展“十二五”規劃》提出生物基材料將替代10%至20%的化學材料；《化纖工業“十二五”發展規劃》提出了大力推進生物基化學纖維及其原料的開發。

　　生物質纖維品類很多，現階段我們的研究有一定進展也遇到一些瓶頸。比如，對PLA的纖維加工及產品應用比較成熟，規模已經達到3000噸/年，已在服裝、無紡布、環保材料等領域進行應用，但L-乳酸提純、丙交酯合成、纖維的手感和染色是制約其發展的一定因素。

　　再比如，PHBV與PLA共混纖維，在PHBV樹脂合成及反應性母料制備方面取得關鍵技術和產業化突破，產能達到500噸/年，主要應用在高檔服裝、家用紡織品上，目前需要解決共混技術和紡絲技術產業化的問題。

　　生物基合成纖維的總體技術設計思路為跨學科、跨專業、跨領域；連續化、工程化、規?；?。未來發展的兩大方向：完善的生物基原料應用與評價體系——支撐可持續發展；完整的纖維制備體系——技術升級與產品快速反應體系。

　　生物質聚乳酸纖維的研發與產業化

　　同濟大學材料科學與工程學院博士生導師任杰

　　聚乳酸材料（PLA）屬于合成類生物質高分子材料，是一種典型的可降解的生物質塑料。從乳酸的全球市場看：2009年全球乳酸市場（不含聚乳酸部分）約26萬噸，年成長率約10%。

　　聚乳酸的優勢表現為，可減少化石燃料使用、使用天然可再生的綠色植物為原料、采用綠色制造工藝、與現有固廢管理系統相適應。

　　聚乳酸具有以下的優點：⑴原材料易得且可再生，適合大規模集約化生產；⑵阻隔性能、透氣性能、透明度光澤和硬度、拉伸和彎曲模量均高于傳統的塑料樹脂；⑶更好的生物相容性。其單體原料L-乳酸是人體內源性活性物質，聚乳酸制品對人體無毒，不排斥并可被人體吸收，能制成醫用組織骨架材料和醫藥載體而安全地用于人體內，獲得美國FDA認證；⑷完全可降解性，埋入土壤中6~12個月即可降解成二氧化碳和水。

　　包裝、醫用和纖維是聚乳酸市場應用的三大熱門領域，包裝市場消費量約占聚乳酸總消費量的70%，中長期內，纖維和紡織品所占比例將提高到50%，成為聚乳酸最大的消費市場。

　　未來幾年，纖維領域將是聚乳酸應用增長最快的市場。聚乳酸樹脂經常規紡絲工藝制得的生物合成纖維，其物理性能和生物相容性，透氣性和手感都好于滌綸，不易起靜電，可制成復絲、單絲、短纖維、針織物、非織造布等。

　　PTT紡織品的優勢及待開發方向

　　東華大學紡織學院教授王府梅

　　PTT紡織品的主要賣點，一方面與PET并列復合彈性纖維，另一方面是面料易塑形。PTT的一大特性是可以生產記憶面料，易塑形，能夠被折疊、抓捏成“傘式”、“郁金式”等夸張造形，服裝廓型不受人體曲面限制，可在體表之上進一步形成曲面、褶裥突起形態等。

　　易護理特性：儲運旅行中經過折疊后會產生一些不需要的折痕，通過簡單的手摸就可去除折痕，也可夠通過簡單地抓捏恢復服裝原有的漂亮形態。

　　PTT有待研發的方向和不足：缺乏纖維標準或彈性標識；纖維品種多元化問題，如缺乏細旦絲、色絲。在針織領域應用時，缺少與棉型紗交織的內衣、休閑服，與長絲交織面料存在條影性不勻，泳裝塑身服領域難以實現等問題；機織制品缺乏新品，只有素色為彈性面料，彈性色織面料、縐類織物的研發有瓶頸；研發投入要持久聚焦。

　　對于聚酯纖維今后的發展，我們不能照搬PTT或其他材料的模式，要用心發現每一材料的特點，巧妙組合特點是強有力的賣點。力爭產業鏈合作、設備工藝同時進步，不能坐等引進，唯一出路是提高技術含量和產品附加值。

　　專注生物產業化技術開發

　　凱賽生物產業有限公司副總裁詹益輝

　　作為全球生物丁醇和生物法生產長鏈二元酸的領軍企業，凱賽生物產業有限公司在生物產業化技術開發方面頗有心得。

　　生物法長鏈二元酸的核心競爭力體現在生物轉化效率的不斷提高及聚合級單體質量開發方面。公司通過基因工程改造及高通量篩選平臺技術，不斷提高生物轉化效率，并從源頭上控制發酵階段雜質的產生。聚合級質量技術開發的難度不是“純度”而是“雜質”，公司在生物法特種尼龍聚合級單體的質量開發方面建立了該產品的行業質量標準。

　　在凱賽戊二胺重大技術突破：一是高生物轉化效率：凱賽利用基因工程手段將微生物菌種中的關鍵酶效率提高了100多倍，并且可以從糖轉化戊二胺。

　　二是聚合級產品質量：凱賽成功地解決了戊二胺提取過程中成環的問題，使成本和產品質量都得到控制。

　　三是PA5X連續聚合技術及設備：已經在10升、100升的中試反應裝置上研發成功戊二胺與各種二元酸的聚合工藝。1000噸規模尼龍56的連續聚合示范線已經建成，目前正在調試。

　　生物質聚酯纖維技術和產業化發展趨勢

　　中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸部王鳴義

　　全球生物基原料生產的可降解和非降解聚合物預期到2016年可以達到578萬噸，生物基聚酯合成材料，非降解部分生物基PET占38.9%，可降解聚乳酸、脂肪族聚酯占26.1%。預計到2016年生物基聚酯纖維總量可達到300萬噸。

　　生物質聚酯纖維產品開發包括生物基非降解聚酯原料、生物基可降解聚酯原料、生物基非降解聚酯纖維、PLA聚酯纖維、脂肪族可降解聚酯纖維。

　　從發展趨勢上看，紡絲改性技術成為主流，聚酯技術的快速成長使共聚改性直接紡絲的生產成本比切片紡絲成本降低15%。

　　染色功能性和部分改善穿著舒適性的“超紡棉”無論在加工成本、加工鏈整體節能環保和功能性的長期保持性都展示出極大的優勢。無重金屬聚酯在聚酯合成、紡絲、染整工藝和纖維回收再生產業鏈中將會發揮關鍵作用。

　　此外，生物基聚酯纖維的應用市場不斷拓展，非織造布技術的進步，使非織造布整體成本大幅度下降，也使生物基聚酯纖維的“性價比”優勢得以展現。

　　未來，行業需要加大生物基聚酯纖維—紡織產業鏈的“官—產—學—研”的合作力度；加強國際間交流和合作，進一步培養、培育和創造創新平臺；在市場經濟的大背景下，協調產業鏈的利益均衡，更好發揮產業鏈的經濟和社會效益；重視安全技術、環保技術、標準化技術及市場開發技術的發展。

　　聚3-羥基丁酸共聚4-羥基丁酸

　　改性及其成纖技術研究

　　大連工業大學紡織與材料學院教授郭靜

　　生物質聚酯PHA屬于微生物發酵——原料來源可再生；使用后容易被環境中的微生物降解；生理相容性；PHA有150多種的單體，比例可調，種類豐富。

　　PHA指標多樣性、性能多樣性體現在：分子量：1000～1000000、Tg：-60℃～80℃、結晶度：10%～60%、斷裂伸長率：5%～1000%、對水和空氣阻隔性相當于PET、抗紫外線。

　　PHA在高分子領域應用潛力無限，可應用在生物醫用材料、包裝材料、高性能生化濾膜等領域，但目前其市場占有率不大。

　　對PHA的研發目前面臨技術和經濟優勢不足的問題，比如上游原料價格高、產品性能不理想等。要得到具有較好性能的纖維材料我們還需要解決幾個主要的問題，比如在流變理論指導下的紡絲工藝技術提高分子流動性、促進結晶；控制降解、增加熔體強度等。

　　目前，大連工業大學聯合相關機構，充分應用遼寧省功能纖維及其復合材料工程技術研究中心、遼寧省材料改性重點實驗室、國家級工程實踐教育中心的平臺，在海藻改性與功能化、改性鱗蝦蛋白及其成纖、甲殼素纖維、PET/PTT/PBT并列型復合纖維、PET/PBT并列型復合纖維方面推動著生物質合成纖維的研究。

　　PTT與PLA纖維的發展前景

　　上海華源有限責任公司高級工程師錢以竑

　　在生物質纖維中，PTT纖維和PLA纖維將是迄今最有條件發展的品種。PTT纖維：發酵法制1,3-PDO國內以克雷伯氏肺炎桿菌以及對其采用基因改造的工程菌實施發酵的工藝具有自主知識產權的優勢；該工藝將伴隨生物柴油產業發展日益顯現經濟和環保優勢。

　　PLA纖維：原料乳酸的發酵產業具有相對1,3-PDO更優越的實業基礎，但國內提供化纖生產用L-LA的生產水平還偏低，產品純度還不能滿足化纖生產要求，生產成本也偏高。國內PLA直接紡絲工藝是獨創技術，生產的粘結纖維及在衛生材料應用上獲得良好開端。

　　重視化纖工程技術的發展對發展生物質纖維有極大的推動作用。發展化纖工藝技術，在當前生物質纖維的發展實踐中，建立“聚合級”原料發酵醇的概念，制定用于纖維生產的發酵產品的原料指標標準有助于企業未來發展。

　　同時，重視工藝反應設備的研發。當前在1,3-PDO包括L-LA的發展企業在以基因改造手段培育新的工程菌方面貢獻了極大力量。但是，傳統的通過發酵及其精制工藝以及相應設備的研究發展或許會更加直接而有效地提高發酵產品的生物質醇類的得率。新型高效的聚合裝置也值得下功夫認真研發。

　　生物基1,3-丙二醇的發展與市場

　　盛虹科技股份有限公司高級工程師馮淑芹

　　1，3-丙二醇是不飽和聚酯、環氧樹脂、聚氨酯樹脂的的重要原料；在食品、醫藥和化妝品工業中廣泛用作吸濕劑、抗凍劑、潤滑劑和溶劑；丙二醇還用作煙草增濕劑、防霉劑，食品加工設備潤滑油和食品標記油墨的溶劑。作為發展生物質纖維PTT的主要原料，其可替代乙二醇、丁二醇生產多醇聚酯。

　　1，3-丙二醇主要有三種生產方法：丙烯醛法、環氧乙烷法、微生物發酵法。盛虹聯合清華大學開發了克雷伯氏菌甘油發酵法。

　　未來采用生物工程制備1，3-丙二醇，將使PTT的售價低于PBT和尼龍。3-PDO是生產PTT纖維的重要原料，且具有不可替代性，因此PTT纖維行業的發展將對1，3-PDO市場發展產生重大影響。此外，在過去3年中，1，3-PDO應用最多的領域就是醫藥行業，它主要用來生產西布曲明減肥藥和維生素-H。

　　目前我國1,3-PDO產品總產能為1.3萬噸/年，預計未來3年總產能將達到11.5萬噸/年。而實際需求的1,3-PDO產品在5萬噸左右，國內生產企業最大生產量將保持在5萬噸。