生物质纤维发展现状及趋势

世界生物质纤维发展进程

根据原料来源和生产过程，生物质纤维可分为三大类：生物质原生纤维，即用自然界的天然动植物纤维经物理方法处理加工而成的纤维；生物质再生纤维，以天然动植物为原料制备的化学纤维；生物质合成纤维，即原材料来源于生物质的合成纤维。以棉、毛、麻、丝为代表的生物质原生纤维是我国的传统优势品种；竹浆纤维、麻浆纤维、蛋白纤维、海藻纤维、甲壳素纤维、直接溶剂法纤维素纤维等生物质再生纤维迅速发展；PTT、PLA、PHA等生物质合成纤维已突破关键技术，部分产品产能世界领先。

生物质原生纤维历史悠久，生物质再生与生物质合成纤维的历史比较短。最早的生物质再生纤维是硝酸纤维素纤维，1883年问世，1891年规模化生产。接着粘胶纤维和醋酯纤维等相继问世。20世纪初期起，还出现了各种再生蛋白质纤维，19世纪末至20世纪30年代是生物质化学纤维的创新与起步阶段。60年代中期生物质纤维发展趋于平稳。20世纪90年代以来，一批新型生物质纤维实现了工业化。粘胶纤维、醋酯纤维、铜氨纤维、竹浆纤维、麻浆纤维、聚乳酸及纤维等产品，都得到了不同程度的发展。其中，我国粘胶纤维产业的发展已居世界前列。“十二五”期间，我国化纤行业在生物质合成纤维方面取得了一定成绩，如：聚乳酸及纤维正在实现产业化，1，3-丙二醇、1，4-丁二醇等生物法多元醇、糖醛等单体原料、聚合物及纤维深加工进步迅速。

我国生物质纤维发展水平及开发生物质纤维的意义

近年来，随着全球石油资源的日益匮乏、生态环境的日益恶化，传统石油化工技术及产品的副作用和不可持续性日趋显著，作为世界上最大的化纤生产国，我国化纤的发展将会受到越来越多的制约。中国化纤工业90%以上的产品基于石油，原料成本占生产成本的80%以上，且进口量约占化纤原料总需求量的2/3，对外依存度实际上已经超过了行业平稳发展的安全警戒线，对整个产业链的健康发展带来极大的投资风险和不稳定性。想要缓解资源紧缺给化纤行业带来的困境，必须使用替代资源，大力发展生化原料及生物质纤维，来满足生产发展和消费增长的需要。

1.发展生物质纤维是应对资源匮乏、实现化纤工业可持续发展的需要。我国在全球纺织产品生产和消费中处于大国地位，目前我国的化纤总产量已占世界60%，是世界最大的化纤生产国。中国是一个缺油的国家，按照现有产业规划，如果今后国内化纤工业增长所依赖的基础化工原料依然依靠进口原油加工来支持，那么行业发展难以摆脱受制于人、大起大落的困局。丰富的生物质资源是绿色化工原料的未来出路，越来越多的化工产品可通过生物质资源得到。目前地球上纤维素、淀粉、甲壳素和蛋白质等可再生的天然高分子的含量十分惊人，这些天然高分子可以通过太阳能、水和二氧化碳不断生产出来，因此是一种取之不尽、用之不竭的资源。其广泛使用不仅将扩大化学纤维的原料来源，缓解对石油的依赖，且制得的纤维具有环境友好的特征，可以生物降解和循环再生。因此大力发展生物质纤维，对我国化学纤维工业走可持续发展之路和提高未来的竞争力，具有十分重要的意义。

2.发展生物质纤维是纺织工业实现节能减排、发展低碳经济的需要。低碳可以从四个方面表现：一是原材料来源可再生；二是生产加工过程低碳；三是消费过程低碳；四是产品寿命终结后不会对环境带来危害。纺织工业由于其规模和涉及的范围较大，是温室气体排放较大的行业之一。世界能源危机和倡导低碳经济的背景下，积极发展生物质纤维对实现低碳经济和节能减排，对农林副产品、废弃物深加工、提高农产品附加值，均具有深远意义，为纺织行业培育新兴产业、催生新的增长点发展提供了无限的契机，必将成为引领纺织行业发展的新潮流。聚羟基脂肪酸酯（PHA）与石油基聚合物温室气体排放的比较见图1，聚乳酸产品Ingeo与石油基聚合物温室气体排放的比较见图2。

3.发展生物质纤维是提高人民健康水平的需要。目前，生物质纤维如甲壳素纤维、海藻纤维、胶原纤维等手感柔软，生态亲和，无刺激，用于制作抗菌防臭纤维、服用纺织品、床上用品、装饰用品。在医疗卫生领域应用十分广泛，用于卫生保健品、美容系列用品、卫生防护材料等。其次，生物质纤维在修复和替代人体组织和器官等方面也得到了广泛的应用，包括人工骨、人工韧带、人工肌腱、人工血管、人工心脏瓣膜、人工肾、人工肺等。此外，发展生物质新纤维对于促进现代医学的发展、挽救生命和提高人民群众的健康水平具有重大意义。

我国生物质纤维品种及其生产技术

1.竹浆纤维。竹浆纤维是一种将竹片做成浆，然后将浆做成浆粕再湿法纺丝制成的纤维，其制作加工过程基本与粘胶相似，是近年来我国自行研发成功的一种再生纤维素纤维。目前全国已形成5万吨左右的产能，其具备良好的可纺性和服用性能，尤其是具有抗菌、抑菌、防紫外线和易于生物降解等特性。广泛用于服装面料、针织面料、床上用品、毛巾浴巾、袜子内裤等。

2.PTT 纤维。杜邦公司于2000 年推出生物质PTT 树脂，商品名为“Sorona”，它是用玉米制成的生物质1，3-丙二醇（PDO）取代石油质PDO为原料而制成。我国福建海天轻纺集团与杜邦联合开发PTT聚合已形成3万吨/年能力，我国在PTT纤维纺丝、织造、染整方面已形成相当产能，广泛用于各种针梭织面料、绒类面料（摇粒，绒布）、 内衣面料，休闲、T恤面料、泳装面料等，应用前景广阔。

3.PHA 纤维。PHA（聚羟基脂肪酸酯）是一类由各种微生物（如土壤细菌、蓝藻、转基因植物等）产生的可完全生物降解并具有良好生物相容性的聚酯族生物材料。采用可熔融纺丝加工制备，工艺路线环保，污染少。但由于PHA 脆性较大、机械性能差和可加工温度范围窄，导致可纺性较差，无法实现产业化加工。

4.Lyocell 纤维。20 世纪90 年代推出的新一代再生纤维素纤维，采用NMMO有机溶剂溶解和干湿法纺丝工艺制成，纺丝溶剂回收率达99%以上。目前，世界上该纤维年产量在12 万吨以上，其中奥地利兰精公司是最主要的生产商。国内上海纺织控股集团下属的上海里奥纤维企业发展有限公司、保定天鹅股份有限公司等多家单位进行了相关研究开发。

5.甲壳素纤维。采用甲壳质溶液经高科技加工纺制而成的纤维。甲壳质是从虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻类的细胞壁中提炼出的一种天然生物高聚物，在自然界中的蕴藏量仅次于纤维素。甲壳质作为低等动物中的纤维组分，兼具高等动物组织中的胶原和高等植物纤维中纤维素两者的生物功能，因此生物特性十分优异，具有良好的生物相容性、杀菌性、吸附性、粘结性、透气性。目前甲壳质纤维主要用于医学领域，作为缝合线可被人体自行吸收，手术后不用拆线，制成医用敷料，具有镇痛、止血、促进伤口愈合的效果。

我国生物质纤维的发展前景展望

采用传统方法实现纺织化纤产品差别化发展的空间有限，生化技术将为产品差别化带来新的突破。立足于技术，追求满足市场新需求的高性能、新功能，并且兼顾与环境相协调的新型生物质纤维及其制品日益受到工业企业和消费者的青睐，需求旺盛。以生物质工程技术为核心的生物质纤维及生化原料，将引领纺织行业发展的潮流。生物质纤维材料的发展将主要围绕几个方面：

1.开拓生物质纤维的原料资源和开发新的生产技术：采用离子液体、低温碱/尿素溶液等无毒安全、可回收利用的溶剂，熔融纺丝等新工艺制备纤维素纤维；利用甲壳素、海藻等海洋生物质和各种蛋白为原料生产生物质再生纤维；研究利用农产品、农作物、海洋资源及副产物、废弃物等资源，采用生物合成技术制备聚乳酸类（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）等生物质合成纤维新品种。

2.多学科交叉融合，对材料进行再设计：生物质纤维材料研究与相关学科不断交叉、渗透，新的学科增长点不断出现，从传统的生物学科及其相关的物理、化学学科渗透到材料学科、能源学科、复合材料学科等领域。通过生物拟态或者仿生设计制备出性能优越的复合材料，充分发挥生物质材料可再生、可降解利用的优势并赋予其新的功能。强调基于多重结构设计的改性原理创新、强调面向产业化的工程原理系统研究与面向应用机理的产业链整体技术集成开发，开发具有特殊的功能，如干爽、防污、生物相容、阻燃性的新型生物质纤维。

（作者单位：东华大学材料科学与工程学院）