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生物質(zhì)合成纖維環(huán)保加工技術(shù)及其應(yīng)用

發(fā)布日期：

2014/03/31

 

生意社3月31日訊　
 
    日前，由中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)主辦的第5期紡織科技新見(jiàn)解學(xué)術(shù)沙龍——生物質(zhì)合成纖維環(huán)保加工技術(shù)及其應(yīng)用在東華大學(xué)舉辦。
 
　　本期沙龍由中國(guó)工程院院士蔣士成、姚穆，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授任杰、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)朱美芳、總后勤部軍需裝備研究所教授級(jí)高工施楣梧領(lǐng)銜，另有來(lái)自另外清華大學(xué)、浙江理工大學(xué)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(chǎn)業(yè)有限公司、中石化上海石化股份有限公司10余位企業(yè)代表應(yīng)邀參加此次學(xué)術(shù)沙龍。
 
　　沙龍圍繞生物質(zhì)合成纖維PLA、PTT、PBS、PHA以及聚酯多元醇等在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，如原料制備中的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題、高效環(huán)保加工方法及關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)等展開(kāi)討論。清華大學(xué)教授陳國(guó)強(qiáng)、浙江理工大學(xué)教授陳文興等分別圍繞生物質(zhì)合成纖維環(huán)保加工技術(shù)及其應(yīng)用這一主題展開(kāi)報(bào)告，內(nèi)容涉及單體合成、聚合物合成、纖維成型加工、生物質(zhì)合成纖維的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等。期間，本著公開(kāi)、平等的原則，與會(huì)者在提問(wèn)與討論中熱切交流，優(yōu)秀成果的共享形成了“1+1＞2”的良性循環(huán)。
 
　　綠色、可持續(xù)發(fā)展、環(huán)保材料是生物基纖維給人類(lèi)的美好期許。相關(guān)國(guó)際組織預(yù)測(cè)，到2030年，將有35%的化學(xué)品和其他工業(yè)產(chǎn)品來(lái)自生物制造。我國(guó)生物質(zhì)資源儲(chǔ)量十分豐富，以農(nóng)、林、牧、海等生物資源為原料，生產(chǎn)化學(xué)纖維具有很好的發(fā)展前景，符合綠色、循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。“綠金時(shí)代”的到來(lái)是紡織人為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展奠定的又一基石。
 
　　生物基合成纖維前景明朗
 
　　東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員王華平
 
　　生物基合成纖維的研發(fā)對(duì)行業(yè)乃至國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展都有非常重要的意義。隨著全球人口的增長(zhǎng)，人類(lèi)對(duì)能源的需求不斷增加，不可再生資源的減少是人類(lèi)未來(lái)發(fā)展不得不面對(duì)的問(wèn)題。因此，對(duì)可再生能源和原料的追求，是全球發(fā)展的趨勢(shì)，生物制造產(chǎn)業(yè)將是影響未來(lái)的戰(zhàn)略性領(lǐng)域。
 
　　《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》將生物產(chǎn)業(yè)列為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一；《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出生物基材料將替代10%至20%的化學(xué)材料；《化纖工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出了大力推進(jìn)生物基化學(xué)纖維及其原料的開(kāi)發(fā)。
 
　　生物質(zhì)纖維品類(lèi)很多，現(xiàn)階段我們的研究有一定進(jìn)展也遇到一些瓶頸。比如，對(duì)PLA的纖維加工及產(chǎn)品應(yīng)用比較成熟，規(guī)模已經(jīng)達(dá)到3000噸/年，已在服裝、無(wú)紡布、環(huán)保材料等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)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(fā)展的一定因素。
 
　　再比如，PHBV與PLA共混纖維，在PHBV樹(shù)脂合成及反應(yīng)性母料制備方面取得關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化突破，產(chǎn)能達(dá)到500噸/年，主要應(yīng)用在高檔服裝、家用紡織品上，目前需要解決共混技術(shù)和紡絲技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題。
 
　　生物基合成纖維的總體技術(shù)設(shè)計(jì)思路為跨學(xué)科、跨專(zhuān)業(yè)、跨領(lǐng)域；連續(xù)化、工程化、規(guī)模化。未來(lái)發(fā)展的兩大方向：完善的生物基原料應(yīng)用與評(píng)價(jià)體系——支撐可持續(xù)發(fā)展；完整的纖維制備體系——技術(shù)升級(jí)與產(chǎn)品快速反應(yīng)體系。
 
　　生物質(zhì)聚乳酸纖維的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化
 
　　同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生導(dǎo)師任杰
 
　　聚乳酸材料(PLA)屬于合成類(lèi)生物質(zhì)高分子材料，是一種典型的可降解的生物質(zhì)塑料。從乳酸的全球市場(chǎng)看：2009年全球乳酸市場(chǎng)(不含聚乳酸部分)約26萬(wàn)噸，年成長(zhǎng)率約10%。
 
　　聚乳酸的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)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(xiàn)有固廢管理系統(tǒng)相適應(yīng)。
 
　　聚乳酸具有以下的優(yōu)點(diǎn)：⑴原材料易得且可再生，適合大規(guī)模集約化生產(chǎn)；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(tǒng)的塑料樹(shù)脂；⑶更好的生物相容性。其單體原料L-乳酸是人體內(nèi)源性活性物質(zhì)，聚乳酸制品對(duì)人體無(wú)毒，不排斥并可被人體吸收，能制成醫(yī)用組織骨架材料和醫(yī)藥載體而安全地用于人體內(nèi)，獲得美國(guó)FDA認(rèn)證；⑷完全可降解性，埋入土壤中6~12個(gè)月即可降解成二氧化碳和水。
 
　　包裝、醫(yī)用和纖維是聚乳酸市場(chǎng)應(yīng)用的三大熱門(mén)領(lǐng)域，包裝市場(chǎng)消費(fèi)量約占聚乳酸總消費(fèi)量的70%，中長(zhǎng)期內(nèi)，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(fèi)市場(chǎng)。
 
　　未來(lái)幾年，纖維領(lǐng)域?qū)⑹蔷廴樗釕?yīng)用增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)。聚乳酸樹(shù)脂經(jīng)常規(guī)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(fù)絲、單絲、短纖維、針織物、非織造布等。
 
　　PTT紡織品的優(yōu)勢(shì)及待開(kāi)發(fā)方向
 
　　東華大學(xué)紡織學(xué)院教授王府梅
 
　　PTT紡織品的主要賣(mài)點(diǎn)，一方面與PET并列復(fù)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(chǎn)記憶面料，易塑形，能夠被折疊、抓捏成“傘式”、“郁金式”等夸張?jiān)煨危b廓型不受人體曲面限制，可在體表之上進(jìn)一步形成曲面、褶裥突起形態(tài)等。
 
　　易護(hù)理特性：儲(chǔ)運(yùn)旅行中經(jīng)過(guò)折疊后會(huì)產(chǎn)生一些不需要的折痕，通過(guò)簡(jiǎn)單的手摸就可去除折痕，也可夠通過(guò)簡(jiǎn)單地抓捏恢復(fù)服裝原有的漂亮形態(tài)。
 
　　PTT有待研發(fā)的方向和不足：缺乏纖維標(biāo)準(zhǔn)或彈性標(biāo)識(shí)；纖維品種多元化問(wèn)題，如缺乏細(xì)旦絲、色絲。在針織領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，缺少與棉型紗交織的內(nèi)衣、休閑服，與長(zhǎng)絲交織面料存在條影性不勻，泳裝塑身服領(lǐng)域難以實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題；機(jī)織制品缺乏新品，只有素色為彈性面料，彈性色織面料、縐類(lèi)織物的研發(fā)有瓶頸；研發(fā)投入要持久聚焦。
 
　　對(duì)于聚酯纖維今后的發(fā)展，我們不能照搬PTT或其他材料的模式，要用心發(fā)現(xiàn)每一材料的特點(diǎn)，巧妙組合特點(diǎn)是強(qiáng)有力的賣(mài)點(diǎn)。力爭(zhēng)產(chǎn)業(yè)鏈合作、設(shè)備工藝同時(shí)進(jìn)步，不能坐等引進(jìn)，唯一出路是提高技術(shù)含量和產(chǎn)品附加值。
 
　　專(zhuān)注生物產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)
 
　　凱賽生物產(chǎn)業(yè)有限公司副總裁詹益輝
 
　　作為全球生物丁醇和生物法生產(chǎn)長(zhǎng)鏈二元酸的領(lǐng)軍企業(yè)，凱賽生物產(chǎn)業(yè)有限公司在生物產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)方面頗有心得。
 
　　生物法長(zhǎng)鏈二元酸的核心競(jìng)爭(zhēng)力體現(xiàn)在生物轉(zhuǎn)化效率的不斷提高及聚合級(jí)單體質(zhì)量開(kāi)發(fā)方面。公司通過(guò)基因工程改造及高通量篩選平臺(tái)技術(shù)，不斷提高生物轉(zhuǎn)化效率，并從源頭上控制發(fā)酵階段雜質(zhì)的產(chǎn)生。聚合級(jí)質(zhì)量技術(shù)開(kāi)發(fā)的難度不是“純度”而是“雜質(zhì)”，公司在生物法特種尼龍聚合級(jí)單體的質(zhì)量開(kāi)發(fā)方面建立了該產(chǎn)品的行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
 
　　在凱賽戊二胺重大技術(shù)突破：一是高生物轉(zhuǎn)化效率：凱賽利用基因工程手段將微生物菌種中的關(guān)鍵酶效率提高了100多倍，并且可以從糖轉(zhuǎn)化戊二胺。
 
　　二是聚合級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量：凱賽成功地解決了戊二胺提取過(guò)程中成環(huán)的問(wèn)題，使成本和產(chǎn)品質(zhì)量都得到控制。
 
　　三是PA5X連續(xù)聚合技術(shù)及設(shè)備：已經(jīng)在10升、100升的中試反應(yīng)裝置上研發(fā)成功戊二胺與各種二元酸的聚合工藝。1000噸規(guī)模尼龍56的連續(xù)聚合示范線(xiàn)已經(jīng)建成，目前正在調(diào)試。
 
　　生物質(zhì)聚酯纖維技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)
 
　　中國(guó)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(chǎn)的可降解和非降解聚合物預(yù)期到2016年可以達(dá)到578萬(wàn)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(yù)計(jì)到2016年生物基聚酯纖維總量可達(dá)到300萬(wàn)噸。
 
　　生物質(zhì)聚酯纖維產(chǎn)品開(kāi)發(fā)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(fā)展趨勢(shì)上看，紡絲改性技術(shù)成為主流，聚酯技術(shù)的快速成長(zhǎng)使共聚改性直接紡絲的生產(chǎn)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(wú)論在加工成本、加工鏈整體節(jié)能環(huán)保和功能性的長(zhǎng)期保持性都展示出極大的優(yōu)勢(shì)。無(wú)重金屬聚酯在聚酯合成、紡絲、染整工藝和纖維回收再生產(chǎn)業(yè)鏈中將會(huì)發(fā)揮關(guān)鍵作用。
 
　　此外，生物基聚酯纖維的應(yīng)用市場(chǎng)不斷拓展，非織造布技術(shù)的進(jìn)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?xún)r(jià)比”優(yōu)勢(shì)得以展現(xiàn)。
 
　　未來(lái)，行業(yè)需要加大生物基聚酯纖維—紡織產(chǎn)業(yè)鏈的“官—產(chǎn)—學(xué)—研”的合作力度；加強(qiáng)國(guó)際間交流和合作，進(jìn)一步培養(yǎng)、培育和創(chuàng)造創(chuàng)新平臺(tái)；在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大背景下，協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)鏈的利益均衡，更好發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；重視安全技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展。
 
　　聚3-羥基丁酸共聚4-羥基丁酸
 
　　改性及其成纖技術(shù)研究
 
　　大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料學(xué)院教授郭靜
 
　　生物質(zhì)聚酯PHA屬于微生物發(fā)酵——原料來(lái)源可再生；使用后容易被環(huán)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(diào)，種類(lèi)豐富。
 
　　PHA指標(biāo)多樣性、性能多樣性體現(xiàn)在：分子量：1000～1000000、Tg：-60℃～80℃、結(jié)晶度：10%～60%、斷裂伸長(zhǎng)率：5%～1000%、對(duì)水和空氣阻隔性相當(dāng)于PET、抗紫外線(xiàn)。
 
　　PHA在高分子領(lǐng)域應(yīng)用潛力無(wú)限，可應(yīng)用在生物醫(yī)用材料、包裝材料、高性能生化濾膜等領(lǐng)域，但目前其市場(chǎng)占有率不大。
 
　　對(duì)PHA的研發(fā)目前面臨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)不足的問(wèn)題，比如上游原料價(jià)格高、產(chǎn)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(gè)主要的問(wèn)題，比如在流變理論指導(dǎo)下的紡絲工藝技術(shù)提高分子流動(dòng)性、促進(jìn)結(jié)晶；控制降解、增加熔體強(qiáng)度等。
 
　　目前，大連工業(yè)大學(xué)聯(lián)合相關(guān)機(jī)構(gòu)，充分應(yīng)用遼寧省功能纖維及其復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心、遼寧省材料改性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家級(jí)工程實(shí)踐教育中心的平臺(tái)，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(fù)合纖維、PET/PBT并列型復(fù)合纖維方面推動(dòng)著生物質(zhì)合成纖維的研究。
 
　　PTT與PLA纖維的發(fā)展前景
 
　　上海華源有限責(zé)任公司高級(jí)工程師錢(qián)以竑
 
　　在生物質(zhì)纖維中，PTT纖維和PLA纖維將是迄今最有條件發(fā)展的品種。PTT纖維：發(fā)酵法制1,3-PDO國(guó)內(nèi)以克雷伯氏肺炎桿菌以及對(duì)其采用基因改造的工程菌實(shí)施發(fā)酵的工藝具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)勢(shì)；該工藝將伴隨生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展日益顯現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。
 
　　PLA纖維：原料乳酸的發(fā)酵產(chǎn)業(yè)具有相對(duì)1,3-PDO更優(yōu)越的實(shí)業(yè)基礎(chǔ)，但國(guó)內(nèi)提供化纖生產(chǎn)用L-LA的生產(chǎn)水平還偏低，產(chǎn)品純度還不能滿(mǎn)足化纖生產(chǎn)要求，生產(chǎn)成本也偏高。國(guó)內(nèi)PLA直接紡絲工藝是獨(dú)創(chuàng)技術(shù)，生產(chǎn)的粘結(jié)纖維及在衛(wèi)生材料應(yīng)用上獲得良好開(kāi)端。
 
　　重視化纖工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)發(fā)展生物質(zhì)纖維有極大的推動(dòng)作用。發(fā)展化纖工藝技術(shù)，在當(dāng)前生物質(zhì)纖維的發(fā)展實(shí)踐中，建立“聚合級(jí)”原料發(fā)酵醇的概念，制定用于纖維生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品的原料指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)有助于企業(yè)未來(lái)發(fā)展。
 
　　同時(shí)，重視工藝反應(yīng)設(shè)備的研發(fā)。當(dāng)前在1,3-PDO包括L-LA的發(fā)展企業(yè)在以基因改造手段培育新的工程菌方面貢獻(xiàn)了極大力量。但是，傳統(tǒng)的通過(guò)發(fā)酵及其精制工藝以及相應(yīng)設(shè)備的研究發(fā)展或許會(huì)更加直接而有效地提高發(fā)酵產(chǎn)品的生物質(zhì)醇類(lèi)的得率。新型高效的聚合裝置也值得下功夫認(rèn)真研發(fā)。
 
　　生物基1,3-丙二醇的發(fā)展與市場(chǎng)
 
　　盛虹科技股份有限公司高級(jí)工程師馮淑芹
 
　　1，3-丙二醇是不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂的的重要原料；在食品、醫(yī)藥和化妝品工業(yè)中廣泛用作吸濕劑、抗凍劑、潤(rùn)滑劑和溶劑；丙二醇還用作煙草增濕劑、防霉劑，食品加工設(shè)備潤(rùn)滑油和食品標(biāo)記油墨的溶劑。作為發(fā)展生物質(zhì)纖維PTT的主要原料，其可替代乙二醇、丁二醇生產(chǎn)多醇聚酯。
 
　　1，3-丙二醇主要有三種生產(chǎn)方法：丙烯醛法、環(huán)氧乙烷法、微生物發(fā)酵法。盛虹聯(lián)合清華大學(xué)開(kāi)發(fā)了克雷伯氏菌甘油發(fā)酵法。
 
　　未來(lái)采用生物工程制備1，3-丙二醇，將使PTT的售價(jià)低于PBT和尼龍。3-PDO是生產(chǎn)PTT纖維的重要原料，且具有不可替代性，因此PTT纖維行業(yè)的發(fā)展將對(duì)1，3-PDO市場(chǎng)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。此外，在過(guò)去3年中，1，3-PDO應(yīng)用最多的領(lǐng)域就是醫(yī)藥行業(yè)，它主要用來(lái)生產(chǎn)西布曲明減肥藥和維生素-H。
 
　　目前我國(guó)1,3-PDO產(chǎn)品總產(chǎn)能為1.3萬(wàn)噸/年，預(yù)計(jì)未來(lái)3年總產(chǎn)能將達(dá)到11.5萬(wàn)噸/年。而實(shí)際需求的1,3-PDO產(chǎn)品在5萬(wàn)噸左右，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)最大生產(chǎn)量將保持在5萬(wàn)噸。
 
來(lái)源：紡織中國(guó)在線(xiàn)

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