生物质再生纤维环保加工技术前瞻(二)

　　新溶剂法纤维素纤维开发概况与展望

　　生物源纤维制造技术国家重点实验室研究员 孙玉山

　　生物基化学纤维中已开发的生物基合成纤维包括PLA、PTT、PBT、PDT、PHBV、PBS纤维等。由于最近几年国际上开发出生物质经催化热裂解得到芳香烃原料的新技术，生物基PET纤维成为可能，加之已具备可行性的生物基尼龙纤维等，未来生物基合成纤维的最大品种有待确定。

　　已开发的纤维素新溶剂体系有多种，可分为衍生化和非衍生化溶剂、水相和非水相溶剂、有机和无机溶剂；成为研究开发热点的有NMMO胺氧化物体系、纤维素氨基甲酸酯/NaOH体系、碱/尿素体系、离子液体体系、磷酸体系；其中基于NMMO体系的Lyocell纤维已形成了规模化生产。

　　Lyocell纤维溶解将主要采用薄膜蒸发溶解技术，纺丝为干喷湿纺技术，溶剂回收将采用进一步的节能技术。

　　纤维素氨基甲酸酯/NaOH体系属衍生化溶剂体系，大分子链羟基已封堵。需通过工艺技术的进一步完善，使纤维性能和技术经济指标达到粘胶纤维的水平。

　　碱/尿素水溶液溶剂体系具有环保性好、成本低的特点。该体系属非衍生化溶剂体系，大分子链羟基未封堵。需开发新型溶解、纺丝技术，以使纤维各方面性能指标达到粘胶纤维的水平。

　　离子液体溶剂体系与NMMO溶剂体系相比，在稳定性方面，离子液体溶剂体系具有相对优势；在环境毒性方面，NMMO溶剂体系具有相对优势；在溶解与溶剂回收能耗方面，尚缺乏两种溶剂体系的定量对比数据。

　　利用离子液体溶剂体系的广谱溶解性，可先期开发功能性纤维，如：纤维素/丙烯腈共聚物纤维、纤维素/壳聚糖纤维、纤维素/蛋白纤维等。

　　胶原蛋白/聚乙烯醇复合纤维

　　四川大学高分子科学与工程学院教授 叶光斗

　　胶原蛋白(Col)是一种白色、不透明、无支链的纤维蛋白质，是由动物细胞合成的一种生物性高分子。Col存在于动物的骨、腱、肌鞘、韧带、肌膜、软骨和皮肤中，占哺乳动物体内蛋白质总量的25%~30%，相当于体重的6%；真皮蛋白质中，胶原蛋白含量可达85%。

　　胶原蛋白分子链含三条肽链，它们分别呈左手螺旋构象，组成一个大的三股螺旋体，分子量约30万。肽链间的相互作用力保证了螺旋体的牢固。

　　肽链间的相互作用力：极性基团产生离子键、氢键、范德华力；非极性基团产生疏水键、范德华力。聚乙烯醇（PVA）大分子链为伸直链构型，结构规整、分子链柔顺，易结晶。其结晶结构为斜方晶系，晶格中大分子呈锯齿状分布，每个晶胞含两个单元链结，具有高的理论强度。PVA的Tg为80℃左右，熔点与分解温度相近，在210℃~270℃。其具有良好的生物相容性、无毒、化学稳定性好，同时，具有良好的成纤性、成膜性、吸湿性和韧性。在化纤、膜材料、药物、医学、食品、封装等行业有广泛的应用。

　　根据两者的特点，其复合纤维可在毛制品、医疗卫生用品、药物控释等领域发挥作用。但Col/PVA复合纤维纺丝也存在问题，如可纺性差、纤维综合性能低等。在复合原液中添加与Col和PVA均能反应的交联剂可有效解决这些问题。

　　经过一系列的制备过程，我们得出结论：交联Col/PVA复合纤维形态结构更加致密，纤维结晶度较PVA纤维低，残炭率较PVA纤维高；交联Col/PVA复合纤维断裂强度、断裂伸长率和RP值分别可达4.0cN/dtex、12%以上、110℃以上；交联Col/PVA复合纤维生产过程中Col保留率可达90%以上。

　　纯壳聚糖纤维工业化绿色纺丝技术与应用

　　海斯摩尔生物科技有限公司董事长 胡广敏

　　壳聚糖纤维具有天然抑菌及优异的生物学特性，是一种既安全又具有多种生物活性的功能性纤维，成为倍受国际关注的海洋生物质纤维主要品种。

　　壳聚糖纤维的纺丝液是一种触变性胶体，其输送、挤出成型都与常规化纤纺丝有巨大差异，目前的设备纺制的纤维强度较低，饱和力较差，后道加工困难，无法突破规模化瓶颈。

　　纺丝关键技术在四方面进行了突破：包括纺丝级高品质片状壳聚糖可控提取技术；片状壳聚糖高剪切直接反应、溶解一体化技术。

　　复合高效脱泡技术高压大流量计量泵触变性流体挤出技术；分区高密度大直径喷丝板；平推流高温凝固技术。

　　在进行千吨级生产线全流程节能环保、绿色纺丝的过程中，突破原液制备与紧凑型设计、气压输送技术，研发往复式逆流水洗装置，利用2000吨级中水回用系统。

　　在制品与产品关键技术方面，我们研发了无卷曲海斯摩尔制条技术；多组分多形态壳聚糖材料的全色系染色技术；对水刺非织造布技术和热风非织造布技术进行了突破。

　　该纤维的应用领域极为广泛，如医疗领域，包括外科植入物外科手术无针线缝合贴布、疝修补片等膜类产品。卫生领域，海斯摩尔公司正在与国际前十的知名品牌企业合作开发卫生巾、纸尿裤、湿巾、面膜等。在航天领域，海斯摩尔与阻燃纤维制成的特种功能布具有无毒、阻燃、防静电、抗菌、防毒的功能。

　　纤维素高效绿色纺丝技术

　　东华大学教授 余木火

　　课题组的研究重点，一方面是强极性高分子加工中分子链间相互作用调控，包括芳纶（聚合诱导相转变与高粘度纺丝）；PAN增塑熔体纺丝及其低成本碳纤维-973课题、纺织基础研究基金；纤维素高效绿色加工技术-江苏省前瞻性战略新产品专项、纺织基础研究基；SiBN前躯体聚合物及其陶瓷纤维。

　　另一方面是复合材料，相关项目合作包括民用航空复合材料协同创新中心、上海市高性能纤维与复合材料产学研平台、国家863项目碳纤维复合材料汽车零部件快速成型技术及NSFC重点项目多级层状结构高分子制备的新方法。

　　其中，高性能芳纶纤维制备国产化关键技术研究已通过鉴定，我们与河北硅谷化工有限公司建立了1000吨芳纶生产线，主要突破聚合诱导相转变技术和高粘度液晶纺丝技术。

　　东华大学在高效绿色纤维素纤维生产新技术取得了一定的进展，通过与江苏龙马绿色纤维有限公司的合作，我们以“先实验室小试、探索原理及可行性，再在工厂逐步扩大、达到产业化标准”的机制。主要进展包括：

　　1.建立新方法的溶解中试设备，并在中试装备上开展一系列实验工作。

　　2.攻克提高浓度的难题，已经在工程实验线，将纤维素溶解度从4%提高到了9%；高于粘胶纤维。

　　3.攻克凝胶化难题，凝胶时间达到72h。

　　4.溶解温度提高，从-12℃提高到了-5℃，节约能耗。

　　5.实验室纺丝实验，得到纤维强度高于粘胶纤维。