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科普 | 走近生物质再生纤维

发表时间:2020/6/16

随着全球人口的增长,纤维的需求逐年增加。另外,受“粮棉争地”及全球石油资源日趋匮乏等因素的影响,棉纤维及合成纤维产量增长也将受到限制。为了满足生产发展和消费增长的需求,必须有相应的替代资源,目前以生物质技术为核心的再生纤维快速发展,成为引领化纤工业发展的新潮流。

生物质纤维是指利用生物体或生物提取物制成的纤维。按照原料来源和生产过程,生物质纤维可分成生物质原生纤维、生物质再生纤维和生物质合成纤维三大类。棉、麻、毛、丝等是最早利用并已经有了成熟的加工技术的生物质原生纤维,目前化纤行业研究较多的是后两种,本文以下将重点介绍生物质再生纤维。


生物质再生纤维的分类

生物质再生纤维是以天然动植物为原料制备的化学纤维,主要包含再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维等。再生纤维素纤维是以木材、麻、竹类等天然物质为原料制成的纤维,如粘胶纤维、莱赛尔纤维、铜氨纤维、醋酸纤维等;再生蛋白质纤维是以天然蛋白质为原料,通过化学助剂将其再生和固化制得的纤维,如大豆蛋白复合纤维、蚕丝蛋白复合纤维等,纯蛋白质的再生纤维无法获得可用的力学性质,目前较为成功的成纤方法有两种:一种是将蛋白质的溶液与其他高聚物材料进行共混纺丝(高再生蛋白质含量),另外一种是将蛋白质与其他高聚物进行接枝共聚(低再生蛋白质含量)。除上述 2 类外,生物质再生纤维还包含甲壳素纤维、壳聚糖纤维、海藻纤维等,其分类及主要纤维品类如图 1 所示(包含但不限于以下纤维品类)。

生物质再生纤维的分类及主要纤维品类


生物质再生纤维的发展情况

1、再生纤维素纤维

奥地利兰精集团(Lenzing Group)是世界上生产再生纤维素纤维的领军企业,尤其是在莱赛尔纤维领域多年处于领头羊位置;赛得利集团隶属新加坡金鹰集团,业务发展覆盖森林、浆粕、造纸以及再生纤维素纤维领域,金鹰集团在拥有大量溶解浆资源后,产业链向下延伸发展了再生纤维素纤维产业,具有先天的原料优势;印度博拉集团在再生纤维素纤维领域综合实力位居前列,其着色粘胶纤维的品种、质量在行业内处于领先。此外,日本早在20世纪80年代开发出牛奶蛋白复合纤维、竹浆纤维等,随后又向功能性方向发展,先后开发出吸湿发热、凉感、抗菌等功能性纤维,如丽赛纤维等。


图片来源:兰精纤维LENZING


我国再生纤维素纤维的主要品种是粘胶纤维,2007年后粘胶纤维进入产能快速扩增期,据中国化学纤维工业协会数据显示,2018年我国再生纤维素纤维产量达到395.3万t。其中,莱赛尔纤维技术得到快速发展,预计将迎来新的增长期。


2、再生蛋白质纤维

国外从19世纪末20世纪初即开始对再生蛋白质纤维进行研究,意大利、英国、美国都曾探讨过从牛乳、花生、玉米、大豆豆粕中提取蛋白质再进行纺丝,但大多因为纤维性能较差,无法进行纺织加工而中断研究。随着科学技术的发展,国外对再生蛋白质纤维的研究又重新发展起来,如日本东洋纺公司开发的牛奶蛋白复合纤维实现了工业化生产,杜邦公司利用生物工程和基因技术纺制人造蜘蛛丝蛋白质,研制出有“生物钢材”之称的蜘蛛丝绸。

我国在20世纪50年代、70年代曾分别对再生蛋白质纤维进行过初步的探索,但未获成功;90年代,四川省对蚕蛹再生蛋白复合纤维进行了研制,并实现了小批量生产。之后大豆蛋白复合纤维、牛奶蛋白复合纤维等再生蛋白质纤维被研制出来。



3、其他

在20世纪20 — 30年代,丹麦首先进行了对甲壳素纺制纤维的理论研究;60年代末,日本富士纺公司的研究人员对甲壳素进行了系统研究;1980年,日本美羽化学工业公司率先试制了壳聚糖纤维。与国外相比,我国开发研制甲壳素纺织品的工作起步较晚,20世纪50年代开始甲壳素及其衍生物的制备研究, 90年代进入甲壳素、壳聚糖研究和开发的一个小高潮。如青岛即发新材料有限公司于1999年开始从事海洋生物材料的开发,是我国较早从事壳聚糖纤维织造和纺织应用的企业,建有专业化的甲壳素纤维研发和生产基地。



生物质再生纤维具有原料可再生以及生物可降解等优良特性,大力发展可有效扩大纺织原料来源,弥补纺织资源的不足,同时也是应对石油资源日趋枯竭、实现纺织工业可持续发展的重要手段。


参考文献

[1]霍倩,张明宇,刘姝瑞,等.再生纤维素纤维的开发现状及发展趋势[J].纺织科学与工程学报,2020,37(2):99-104.

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(来源:纺织导报官微)