概述生物质纤维的分类以及发展现状和前景分析情况

　　一、前言
　　生物质纤维是指来源于可再生生物质的一类纤维，包括天然动植物纤维、再生纤维及来源于生物质的合成纤维。大力发展生物质纤维可有效扩大纺织原料来源，弥补国内纺织资源的不足，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；开发可再生、可降解、可循环利用的生物质纤维，也是推进化纤原料结构调整和建立化纤工业循环经济发展模式的重要任务。最近几年来，国内地区的大学教授、专家和企业领导们都特别关注生物质纤维，国内外的行业专家等都对此产品前景比较看好，认为“生物质纤维”将成为未来纺织行业发展的主要方向，由于全球石油资源日趋匮乏，作为世界最大的化纤生产国，我国化学纤维的产量将会受到越来越多的制约，为了满足市场需求，必须有相应的替代资源以满足生产发展和消费增长的需要。在这种情况下，能替代石油的可再生、可降解的新型化纤原料的经济性日益显现，以生物质工程技术为核心的绿色纤维及材料的快速发展，将成为引领化纤工业发展的新潮流。
　　二、生物质纤维的分类
　　生物质纤维基本可分为生物质原生纤维、生物质再生纤维、生物质合成纤维三大类。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、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，能基本满足我国经济发展及纺织工业发展的需求；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。
　　1.竹浆纤维
　　以竹子为原料生产的竹浆纤维是近年来我国自行研发成功的一种再生纤维素纤维，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，目前全国已形成5万吨左右的产能。竹浆纤维自2000年问世以来，平均每年保持了30％的增长速度。10年来，竹浆纤维真正成为拥有自主知识产权，并得到广泛推广应用的新型纺织原料。现在，国内已经推出了全竹、竹棉、竹麻、竹毛、竹真丝、竹天丝、竹莱卡、混纺丝、梭织、色织系列竹纤维产品，并初步形成了一些竹浆纤维产品品牌。目前，河北吉藁化纤的竹纤维产量至少占国内总产量的70%，纺纱生产企业有河北天纶、山东德棉、山东华源、保定依棉等。织造、染整及成品加工的企业相当多，但整体水平不高，产品开发也有很大的局限性。
　　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为原料而制成的。同时，杜邦公司还与韩国的新韩工业、日本的帝人和东丽及我国台湾省的远东纺织等公司合作，共同开发PTT纤维。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，吴江中鲈科技公司3万吨/年的PTT聚合正在建设中，生物质PDO处于供不应求状态，目前广泛关注以农副产品制备PDO。我国在PTT纤维纺丝、织造、染整方面已形成相当产能，开发的服装面料已拥有一定的市场容量，并有稳步发展趋势。
　　3.PHA纤维
　　是一类由各种微生物（如土壤细菌、蓝藻、转基因植物等）产生的生物相容可降解的全生物高分子。这类可熔融纺丝生产PHA纤维，工艺路线环保，污染少。目前纤维加工的难点在于PHA脆性较大、机械性能差和可加工温度范围窄。如果能突破纺丝加工的关键技术，在成本控制、染色性能等方面有较大改善，PHA纤维将是未来最可能与目前的聚酯纤维相竞争的纤维品种。东华大学在国内最早开始PHA系列纤维成型理论研究，并最终制备出具有一定物理机械性能的生物纤维，同时为通过熔融纺丝法直接制备功能性生物质纤维提供了理论和技术基础。
　　4.Lyocell纤维
　　是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。国内已有多家单位进行了相关研究开发。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已建成了1000吨/年的Lyocell纤维生产线，2009年7月企业又成功研发出莱赛尔竹纤维（LyoceelBamboo），并实现了大规模批量生产，填补了该纤维在全球范围内商品化的空白。由中国纺织科学研究院承担的“新溶剂法纤维素纤维关键设备与工艺的工程化研究”项目通过了专家鉴定，目前年产10吨的Lyocell纤维关键设备工程化小试示范线已建成并实现连续稳定运行，纤维主要性能指标均达到国外同类产品的先进水平。保定天鹅股份有限公司计划投资12亿元建设3万吨生产线。NMMO法生产纤维素纤维在国内的最大障碍是知识产权问题。Courtaulds、AKZONobel、Lenzing等公司仅在中国就申请该技术相关专利多达上百项，无疑增加了技术开发和生产的成本。
　　5.牛奶蛋白纤维
　　是以牛乳作为基本原料的新型动物蛋白纤维，由牛奶酪蛋白与丙烯腈大分子接枝共聚反应而成，目前世界上只有个别国家能生产。我国从20世纪60年代开始研究牛奶纤维。上海正家牛奶丝科技有限公司的牛奶纤维生产技术在国内属首创，并享有国家发明专利。目前国内生产企业还有山西恒天纺织新纤维科技公司、嫩江华强牛奶蛋白纤维公司、深圳优尼克纺织服装公司等，但各企业产品乳酪蛋白含量不同。
　　6.甲壳素纤维
　　地球上存在的天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素，前者主要由植物生成，后者主要由动物生成。
　　三、生物质纤维需要早日产业化生产
　　与国外相比，我国开发研制生物质纤维甲壳素纺织品的工作起步较晚，是1952年开展甲壳素试验的。1991年东华大学研制成功甲壳素医用缝合线，接着又研制成功甲壳胺医用敷料（人造皮肤）并已申请专利。1999～2000年，东华大学研制开发了甲壳素系列混纺纱线和织物并制成各种保健内衣、裤袜和婴儿用品。2000年在山东潍坊，世界第一家量产纯甲壳素纤维的韩国独资企业投入生产，月产3吨。除上海之外，北京、江苏、浙江等省市的有关厂家也开发了甲壳素保健内衣或床上用品，并已推向市场。近年来，我国有多数生物质纤维还在实验室里，在全球石油等资源日益紧张的情况下，生物质代表化纤的未来。受制于原料一直是化纤发展的瓶颈。为了突破这样的瓶颈，一些有实力的大企业选择向上游走，去开采石油。但是石油资源是有限的，向上游走并不能解决化纤发展的全部问题。如果化纤能够利用可以不断再生的资源，化纤的产品又能够实现可降解，那么化纤不仅能够解决利润下降的问题，还能从根本上打破产业发展的瓶颈。据悉，与再造一个生物质的确良的愿望相比，这份路线图略显保守。比如在原料替代方面，路线图希望在2020年行业平均替代水平为5%，2030年行业平均替代水平为10%，2040年行业平均替代水平为20%。在过程替代方面，2020年行业平均替代水平为5%，2030年行业平均替代水平为17%，2040年行业平均替代水平为24%。在生化改性方面，2020年行业平均水平将达到5%，2030年达到10%，2040年达到15%。而中国化纤协会理事长郑植艺指出，“十一五”期间，我国化纤行业在特种纤维开发应用及产业化方面取得了可喜进步，但在生物质纤维及生化原料研究方面还没有迈出根本性步伐，对生物化学、分子生物学等的了解相对有限，还没有意识到这些基础科学在提升化纤工业中的重要作用。“十二五”期间，化纤工业将对生物质纤维及生化原料进行重点研究，引导行业利用生物技术提升产业水平，改造传统再生纤维生产工艺，推广纤维材料绿色加工和新工艺、集成化技术。我国化纤行业在生物质产业技术领域取得了一定成绩，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，竹浆、麻浆等新型再生纤维素原料多样化、新溶剂法纤维素纤维制造技术等已取得明显突破。目前，我国生物质再生纤维产业快速发展，2009年产能已达191万吨，占世界总产能的77%，2012年产能达到了200万吨以上，占世界总产能的85%以上。我国生物质纤维资源储量丰富，如农作物秸杆、树木类资源量约有30-32亿吨以上，海洋贝壳类、海藻类约有20-21亿吨，动植物蛋白类纤维资源量约有300亿吨以上，具有广阔的开发应用前景。A股上市公司中，山东海龙、吉林化纤等都开展了生物化纤的研究，并取得了一定成果。
　　四、生物质纤维的提出顺应了当前的发展潮流
　　生物制造产业将是影响未来的战略性领域。国际经济合作与发展组织(OECD)预测，至2030年，将有35%的化学品和其他工业产品来自生物制造。2007年全球生物制造产品销售额为480亿欧元，预计到2017年将达到3400亿欧元，其中生物材料将以38%的速度增长。美国、欧洲、加拿大等国家和地区先后制定生物产业发展相关路线图，工业生物技术已经成为各国的战略培育方向。美国的生物质发展路线图显示，到2020年美国要实现化学工业的原料、水资源及能量的消耗降低30%，污染物排放和污染扩散减少30%；2030年替代25%的有机化学品和20%的石油燃料。欧洲工业生物技术2025远景规划中，期望取得基于生物技术型社会转变的实质性进展，生物能源替代化石资源20%。化学品替代10%~20%，其中化工原料替代6%~12%，精细化学品替代30%~60%。在此国际背景下，我国制定的《生物产业“十二五”发展规划》指出，到2015年，全国生物产业产值达到4万亿元；2020年，达到8万亿至10万亿元。重点发展五大方面：生物医药、生物农业、生物能源、生物环保、生物服务外包。预计到2020年，生物医药占全球药品的比重将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比重将达到5%左右；生物基材料将替代10%~20%的化学材料。
　　五、结束语
　　目前，可以直接利用的生物质纤维每年产量已超过3000万吨，其中植物（纤维素）纤维量最大，棉花约2500万吨，各种麻类约400万吨，动物（蛋白质）纤维其次，如羊毛约210万吨，蚕丝约150万吨。尽管这类纤维也需要通过一定的预处理、纺纱、织造等工艺过程才能得以利用，但其技术相对成熟，对环境的影响也较小。而大量不能直接利用的生物质原料要成为纤维，需要经过原料制备、纺丝等复杂的工艺和严格的工程设计。从19世纪末发明粘胶法生产再生纤维素纤维至今，100多年过去了，各种生产生物质纤维的新技术不断涌现，然而从纤维的产量比例来看，粘胶法依然占据着不可动摇的主导地位。2010年我国大陆粘胶纤维产量为180多万吨，而直接溶剂法生产纤维素纤维的技术还处于千吨级生产线和小型试验线的阶段，其能耗与运行成本严重影响了其进一步发展。如今，已经规划了生物质纤维30年路线图，30年路线图强调，国内发展生物质纤维及生化产业的根本目标，是实现“两个替代、一个改性”——对化石原料资源替代，对化工加工工艺路线替代，以及生化方法改性，实现生化差别化发展。根据初步规划，到2020年纺织化纤行业使用生物质纤维实现原料替代5%，2030年达到10%，2040年将达到20%，届时纺织原料格局将更加多元化，资源瓶颈将得到有效缓解；在过程替代方面，2020年行业平均水平将达到5%，2030年实现17%，2040年增长至24%，生产过程将更加清洁、高效。同时，采用传统方法实现纺织化纤产品差别化发展已经走到了尽头，生化技术将为产品差别化带来新的突破。