生态紡織纖維的性能與應用

21世紀是綠色環保型的時代，不僅對人類賴以生存的環境要求環保而且對人類必不可少的衣食住行也同樣要求環保。綠色紡織品、綠色農業、可生物降解的醫用器件、衛生産品以及無甲醛釋放的紡織品和裝飾材料已成為目前全世界所關注的發展方向。

一類是原料直接取自天然高分子物質的綠色環保纖維，如:Tencel、Modal、玉米纖維、大豆蛋白纖維、海藻酸鈉纖維、甲殼質纖維都屬于綠色環保纖維，不僅可以用于服飾行業而且還可以用于農業、漁業、裝飾裝磺、醫療衛生等不同領域。另一類是高分子化學合成材料，如：聚乳酸纖維(PLA)、聚羟基乙酸纖維(PGA)以及它們的聚合纖維(PLGA)，這些纖維不僅生物相容性好而且可以生物降解成CO2和H2O直接參與人體的新陳代謝，對人體無毒副作用，也是倍受關注的新型高分子材料。

尤其是生态紡織品标準Oko-Tex100的頒布對紡織品生态毒性物質的限量和相關指标都作了明确的規定，是目前鑒定生态紡織品的權威标準。

天然大分子材料生态纖維

1、纖維素纖維一Tencel/Lyocell

20世紀70年代英國考陶爾茲公司開發了新型溶劑紡纖維素纖維(商品名為Lyocell )，它是以N-甲基馬啉、N-氧化物NMMO的濃水溶液為溶劑，以NMMO的稀水溶液為凝固劑，采用濕紡工藝得到的一種具有環保性能的綠色纖維，其平均分子量、取向度、結晶度都優于粘膠纖維，尤其是強度比粘膠纖維高出許多(幾乎和滌綸差不多)，吸水性好，染色性能優異，易原纖化。用它紡制的織物可賦予柔軟、滑爽、挺括、色澤鮮豔的特殊風格，還可以産生桃皮絨的外觀特點。由于在紡制過程使用的是可回收再利用，對環境無污染的NMMO有機溶劑，而且Tencel纖維在有氧、無氧的條件下都可以發生生物降解，所以說Tencel纖維是一種理想的新型纖維素生态纖維。

目前這種纖維主要用于服裝行業，但它的用途正向非服用行業拓展，如用它織造的非織造布可用作人造羚羊皮、醫用止血球、醫用紗布、尿布、抹布等。Lyocell經改性得到的羟甲基纖維素纖維可用作治療慢性傷口的敷料。

2、醋酸纖維素纖維

醋酸纖維素纖維是木漿或棉漿與乙酰酐發生反應，纖維素上的羟基被酯基取代後得到的具有生物降解性的纖維，它的阻燃性良好，可再生，降解性能随酯化度(DS)的提高而下降。醋酸纖維素的生物降解首先是在脫乙酰酶作用下，酯醛發生分解使DS降低，當酯化度降低到某一臨界值後，大分子在纖維素酶的作用下發生斷裂，最終被代謝生成CO2和H2O，若在大分子鍊上引入光氧化劑則可加速生物降解的速度。目前這種纖維主要用于香煙的過濾嘴和一些高檔服裝面料。

3、再生蛋白纖維

再生蛋白纖維的研究很早，大約在19世紀末20世紀初就有關于對它的研究，1904年Toden-haupt用從牛乳中提煉的酪素紡絲得到酪素纖維；1936年英國考陶爾茲公司也開發了酪素纖維，1938年又制造出了商品名為Ardil的花生蛋白纖維；同年日本油脂公司開發了以大豆為原料的纖維；1939年。Corn Prduct Refining公司制得了玉米蛋白纖維，商品名為Vicara Ardiln Fiber；1945年美國和日本研究了大豆蛋白纖維，商品名為Soylon ;1969年日本東洋紡公司研制并試生産了牛奶蛋白纖維，取名為Chinon。

不論哪一種蛋白纖維其原料都是直接取自于動物體或植物體，對自然資源不造成破壞；而且原料可以回收利用，不污染環境，所以這種纖維的大量生産可緩解現代工業對全球資源和環境的壓力。

(1)大豆蛋白纖維。

大豆蛋白纖維的原料直接選自于生物資源中來源廣、可再生的大豆豆粕，纖維的生産過程中所使用的大部分助劑和半成品都可以再回收利用，大豆蛋白纖維既具有天然蠶絲的優良性能，也具有合成纖維的優良機械性能。易染色、吸濕性好，既可滿足人們對美感、舒适性的要求又符合織物免燙、洗可穿的潮流，是繼Tencel之後又興起的一種綠色維。目前國内已經生産有大豆蛋白纖維機織物和針織物，對大豆蛋白織物的研究更進了一步，填補了我國在該領域的空白。

(2)玉米蛋白纖維。

玉米蛋白纖維與其他再生蛋白纖維相近，他們的最大共同特點是在産業用途中具有良好的環保性能；纖維的強度、吸濕性、伸長性以及染色性能和常用的化學纖維相近，玉米纖維的特性使其除了可以做内衣、外衣和運動服外，更多的用于産業用紡織品。Vicara纖維是玉米纖維的代表，Vicara纖維耐高溫，具有抗生物性，化學性質穩定，幹強度好，在标準狀況下為10. 584 cN/tex，濕強度卻隻有6. 17 cN/tex，與其他纖維混紡，一方面可降低成本，另一方面可提高穩定性、抗皺性以及柔軟性。經改良的Vicara纖維除适合紡織品的一般用途外，更适合于做産業用環保紡織材料。

(3)玉米聚乳酸纖維。

用玉米加工聚乳酸纖維既解決了不可生物降解的合成纖維帶來的環境問題，又解決了玉米銷售難帶來的資源浪費。玉米聚乳酸纖維的原料乳酸可以從任何碳水化合物的可再生天然物質發酵制取，加工乳酸最大的優點是不使用石油等化工原料，從原料到廢棄物可生物降解，生成物可再由土壤和海洋生物代謝，不污染環境。聚乳酸纖維由澱粉組成，燃燒時不放出C02，也不會産生氮和硫的氧化物等對環境有害的污染物，纖維可被完全分解為CO2和H2O從而發生降解。

4、甲殼素纖維

制取甲殼素纖維的原料來自于蟹、蝦、貝等殼類水生動物的外殼中，是又一類繼纖維素之後地球上最豐富的天然有機物。因甲殼素具有高等動物組織中的膠原質和高等植物組織中的纖維素兩者的生物功能，所以對動植物都有很好的生物相容性，同時還具有生物降解性和口服無毒副作用的特點。由于甲殼素具有以上的生物特性，因此在紡織、食品、農業、化妝品、環保、生物醫療等領域均有很高的應用價值。尤其是将它作為一種新型的生物材料被廣泛應用于醫療衛生領域，如用它加工成的外科用可吸收性縫合線、傷口敷料、人造皮膚等。

人們對甲殼素纖維的研究已有相當長的曆史，1926年Kunike首次紡制出甲殼素纖維，在随後的十幾年當中又陸續有新的甲殼素纖維出現，近年來Hirano等人在室溫條件下又研制出一種優良的新型功能生物材料一甲殼素，絲的絲素蛋白纖維，使對甲殼素纖維的研制又上了一個新的台階。海南珍珠養殖場利用甲殼質水刺非織造布開發的生物美容面膜具有供氧、保濕、活化細胞等功能，另外用它制成的食品保鮮蓋布具有殺菌、防毒、保鮮的功能，用作醫療器材、包裝袋具有防黴變、透氣的功效，所以，可以說甲殼素纖維是具有開發價值和廣闊應用前景的天然生物高分子材料之一。

5、海藻酸鈉纖維

海藻是一種從海洋褐藻中提取的多糖，在自然條件下能夠生物降解成CO2和H2O，以它的鈉鹽為主要原料紡絲得到的海藻酸鈉纖維，幹強接近粘膠，但濕強很低，不易用作傳統紡織材料。海藻酸鈉纖維是一種無毒、保溫、吸收性能良好，能促進傷口愈合的生态醫用纖維，用它制成的非織造布被廣泛應用于傷口敷料、醫用紗布等方面。

合成生态纖維

1、微生物合成生态纖維

由微生物合成的聚羟基鍊烷酸酯、短梗黴多糖、功能蛋白高分子等都可以紡制成纖維，另外微生物還可直接用于生産可生物降解的纖維。

(1)聚羟基鍊烷酸酯(PHA)纖維。

PHA纖維具有優良的生物相容性、光學活性、壓電性、抗潮性、低透氣性等良好性能，在通常情況下性質穩定，但在土壤、湖泊、海洋等環境中卻很容易發生生物降解，所以将使用後的PHA纖維制品埋人土壤或置于水底便可很快發生降解，從而減少對環境的污染。PHA纖維制品可用于醫用材料、衛生材料等方面。

(2)短梗黴多糖(Pullulan)纖維。

Pullulan是以谷物或馬鈴薯為原料，由出芽短梗黴産生的一種胞外水溶性多糖(由麥芽三糖1,6鍵接形成的聚合物)，其強度和硬度等物理性質與聚苯乙烯相當。Pullulan纖維具有平滑、透明、光澤好、強度高(與尼綸相當)、且無毒、無味、無色、能生物降解的特點，用它制成的纖維尤其适合作手術縫合線和醫用敷料。

(3)功能蛋白纖維。

功能蛋白纖維是通過基因工程和蛋白工程由微生物合成的類似于天然蠶絲、蜘蛛絲結構的蛋白纖維，光澤好、強度高，在适合的條件下可将其紡制成特種人造蛋白纖維，可用作高檔服裝面料和部隊的防彈衣。

(4)微生物合成纖維。

用多糖液中培養出的細菌(膜醋菌)可獲得直徑大于40nm的生物纖維絲條，用它可制作高質量的耳機。用微菌類黴菌體可以合成支化營養菌絲或長度達幾厘米的由孢子囊柄組成的絲條。分離純化後，絲條能夠織成無紡布，雖強度低但可用作其他纖維的高效粘合劑，該微細絲條還可以用于濕輔無紡布的過濾材料，提高過濾率，若将絲條壁所含的甲殼質轉化為甲殼胺後制成非織造布可作傷口敷料和工業廢水的過濾材料。

2、化學合成高分子材料

(1)聚乳酸纖維(PLA)。

1992年日本島津成功的研究出了PLA的熔融紡絲，日本鐘紡公司以高純度、高分子量的聚乳酸為原料嚴格控制工藝紡出了性能優良的PLLA長絲，商品名為Lactron的聚乳酸纖維。1999年正式展出由Lactron纖維制成的紡織品，這就意味着聚乳酸纖維成為新世紀纖維生産很有潛力的産品之一。聚乳酸纖維具有許多優點，其熔點高，結晶度極好，取向度高，耐熱性好，染色性能好，能夠發生生物降解。由聚乳酸纖維制成的服裝面料具有絲一般的光澤、優良的手感和良好的吸水性，尺寸穩定性也好。PLLA纖維與其他生物降解纖維相比它的分解速度低且穩定，埋人土壤中2年~3年後強度消失，如果與其他有機廢棄物同時埋入地下，幾個月之内就會分解成CO2和H2O，是一種理想的可生物降解纖維。

由于聚乳酸纖維的具有以上優良性能，除用作服飾之外還廣泛應用于農業、工業等産業用材上，如：農業上防蟲、防獸害的蓋布，以及漁業用漁網等方面，還可以用于衛生醫療領域，如非織造布尿布和衛生用品，手術線、繃帶等，還可用來生産可生物降解的包裝材料。

(2)聚羟基乙酸酯(PGA)纖維。

PGA是最簡單的脂肪族聚酯。PGA纖維是由交酯開環聚合得到的高分子量，經熔融紡絲制成的纖維，色澤透明，強度好，機械性能優良，能發生生物降解，可用作可吸收性手術縫合線，它的分解速度快，在人體内不到一個月便會喪失機械強度，減少拆線時對病人所帶來的痛苦。含羟基乙酸的聚酯酰胺還可制成對環境無污染的多層複合材料，主要用于土木建築工程和水利水電工程的攔河大壩上。

(3)乳酸羟基乙酸酯聚合纖維(PLGA)。

PLGA是乳酸和羟基乙酸聚合而成的共聚物，PLGA纖維的初始模量低，柔性好，通過調節其組成、分子量和增強改性後，纖維可被廣泛地應用于生物醫學工程領域，如藥物緩釋體系、生物體吸收性縫合線、骨科固定及組織複修材料。

(4)改性滌綸((PET)纖維。

PET纖維是一種新型彈性聚酯纖維材料，具有耐久性好、透氣性好、重量輕、阻燃性能好等許多優良性能。PET纖維的抗壓性能可達到傳統聚氨酯泡沫塑料(PUE)的抗壓性能，而它的耐久性能卻大大超過PUE纖維；PET纖維壓縮性能好，在壓縮過程中可保持持久的高效性，也就是說PET纖維也可達到壓不變形的效果；它透氣性能好，能很好地避免PUE纖維由于汗水聚集而發生的粘附現象，安全性能好，燃燒時不會放出象PUE纖維那樣的氫氛化物之類的有害氣體，也是一種環保性的生态纖維。

基于以上這些優點預計它可能取代聚氨酯泡沫塑料(PUE)而被廣泛應用于列車、地鐵及飛機上的耐久性坐墊以及室内裝飾材料等許多方面以及可以應用于醫院病床的床罩以及可以用于特種部隊，消防部隊的防彈衣和工作服。用改性後的PET纖維制成的服裝面料具有絲綢一樣的外觀風格，手感滑爽、柔軟，廣泛用作高檔服裝面料和内衣襯裡及其他類似的内衣中。

(5)聚對苯二甲酸1 ,3丙二醇酯(PTT)纖維。

PTT纖維最大的優異特性是具有高的回彈性、可染性、耐熱性、抗污染性以及透明性。優異的回彈性使PTT纖維可用作網球線，由PTT樹脂制成的超細纖維織物具有優良的柔軟性和蓬松的手感，其他物理性能都優于PET和聚酰胺(PA)纖維。PTT與PET、PBT(聚對苯二甲酸1,4-丁二醇酯)共混紡絲可制得抗張強度好，耐熱性好，在低溫下就可定形的纖維和絲束。在PTT樹脂合成中引入共聚單體進行改性則可提高PTT纖維地耐水解、抗彎曲、抗磨損能力，因此可作帆布用材料，另外PTT纖維可制作地毯、裝飾用紡織品、非織造布等方面。

(6)聚碳鍊類纖維。

聚乙烯醇(PVA)能被氧化劑氧化而降解，經劇烈氧化後的最終産物是CO2和H2O，可由聚醋酸乙烯水解得到。在通常情況下，PVA纖維具有良好的氣密性、抗氧化性、抗靜電、對熱密封性好、耐強堿和大多數有機溶劑易氧化降解，由于PVA在熔融紡絲前就已發生生物降解，一般來說不能夠通過熔融紡絲來生産PVA纖維。在PVA紡絲體系中引入抗菌劑制備得到的纖維，可用作制備可生物降解非織造織物的粘結纖維，用後可将纖維直接丢棄于水中，抗菌劑會随PVA的溶解而去除，剩下的纖維則可以被水中或土壤中的微生物分解。若将聚乙烯醇、乳酸和磷酸共混紡絲能夠得到阻燃可生物降解的纖維。廣泛應用于醫療衛生領域中的一次性醫療器件、包裝袋還有一次性醫用、衛生用品，還能夠用于農用薄膜、育種保溫膜、蓋布等諸多方面。

(7)雙組分纖維。

共混紡絲和複合紡絲尤其是前者是改善纖維性能或賦予纖維新性能的一種比較經濟可行的方法。如以聚丙烯(PP)為芯料以聚乳酸纖維(PLA)為皮層經過熔融紡絲可以得到能夠生物降解的複合纖維，可用于制成織造布和非織造布。PP和PLA按一定比例複合紡絲經熔融擠出、冷卻、上油、拉伸即可得到雙組分纖維，若用堿液處理纖維便可提高織物的強度和回彈性能，使手感幹燥。但是通常情況下隻有相容性好的高聚物才能夠被用于共混紡絲，如聚酯類與多糖高分子、醇類由于相容性好故可用來共混紡絲。

日本王子制紙公司研制成功的可生物降解纖維就是由65%-85%纖維素醋酸脂和15%-35%的可生物降解聚酯多元醇共混紡絲制得的。PTT纖維也是一種被廣泛用作皮芯結構的複合纖維，由它的複合纖維制成的織物具有類似于羊毛的柔軟感和良好的韌性，并可制成各種透氣、防水、防皺、吸汗及抗紫外線等的功能面料。由新戊二醇-乙二醇-1 ,3丙二醇對苯二甲酸制得的共聚物作“皮”，PET作“芯”經熔融紡絲制得的皮芯纖維具有良好的耐氣候變化性和抗堿腐蝕性。

結束語

在市場經濟條件下，表面上是産品質量、品種和外觀的競争，實際上卻是技術和高科技技術水平的競争，全世界各個國家在全球可持續發展戰略的影響下，為了減輕對環境的破壞和日益造成的壓力都緻力于研究一種既不破壞物質資源，又不影響生态環境的新型纖維，無疑天然纖維、化學合成纖維都會以新的姿态和新的面貌出現于世人面前。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!