劉樹英

生物技術(shù)是21世紀(jì)最重要的科學(xué)技術(shù)前沿領(lǐng)域之一。隨著綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念不斷深入人心，生物基纖維技術(shù)持續(xù)高速發(fā)展。

歐洲生物塑料協(xié)會(huì)主席弗朗索瓦·比耶指出：“大力發(fā)展生物基纖維，未來紡織化纖工業(yè)的相關(guān)技術(shù)、工藝、設(shè)備、人才、經(jīng)營模式等方面都要隨之發(fā)生深刻變化。生物基纖維產(chǎn)業(yè)將帶給紡織行業(yè)欣欣向榮的前景與潛力無窮的提升空間。”。

依據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)的研究報(bào)告，生物基纖維是指原料來源于可再生物質(zhì)的一類纖維，包括天然動(dòng)植物纖維、再生纖維及來源于生物質(zhì)的合成纖維，被視為工業(yè)時(shí)代下天然纖維的延續(xù)。生物基纖維具有綠色、環(huán)境友好、原料可再生以及生物降解等優(yōu)良特性，有助于解決當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所面臨的嚴(yán)重的資源和能源短缺以及環(huán)境污染等問題。因?yàn)樯锘w維采用農(nóng)、林、海洋廢棄物、副產(chǎn)物加工而成，是來源于可再生生物質(zhì)的一類纖維，體現(xiàn)了資源的綜合利用與現(xiàn)代纖維加工技術(shù)完美融合，其纖維紡織品及其他產(chǎn)品親和人體，環(huán)境友好，并有特有的多方面功能，引領(lǐng)全球紡織品及其他產(chǎn)品新一輪的消費(fèi)趨勢。而各國豐富的生物質(zhì)原料資源儲(chǔ)量， 也為生物基纖維的開發(fā)開了綠燈。其中，再生生物基纖維以針葉樹、木材下腳料、毛竹、麻類、藻類、蝦、蟹等水產(chǎn)品和昆蟲等節(jié)肢動(dòng)物的外殼為原料，原料廣且環(huán)保自然。合成生物基纖維采用農(nóng)林副產(chǎn)物為原材料，經(jīng)發(fā)酵制得生物基原料，制得生物基聚酯類、生物基聚酰胺類等，它們都是極具發(fā)展前景的紡織材料。

生物基纖維的發(fā)展歷程

自古以來，人類的生活就與纖維密切相關(guān)。公元前就已在世界范圍內(nèi)得到了應(yīng)用的麻、棉、絲、毛等，實(shí)際上均是生物基纖維。所謂生物基纖維（Bio based fiber），是指利用生物體或生物提取物制成的纖維，即來源于利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的可再生生物基的一類纖維。生物基纖維的品種很多，為了研究和使用上的方便，可以從不同角度對它們進(jìn)行分類。根據(jù)原料來源和生產(chǎn)過程，生物基纖維可分為三大類：生物基原生纖維，即用自然界的天然動(dòng)植物纖維經(jīng)物理方法處理加工成的纖維；生物基再生纖維，即以天然動(dòng)植物為原料制備的化學(xué)纖維；生物基合成纖維，即來源于生物基的合成纖維。

與生物基原生纖維悠久的歷史相比，生物基再生纖維的歷史還較短。最早問世的生物基再生纖維是硝酸纖維素纖維，1883年由J.W.Swan和Chardonnet分別獲得專利，1891年規(guī)?；a(chǎn)。隨后，各種形式的生物基再生纖維（包括銅氨纖維、粘膠纖維和醋酯纖維）相繼問世。從20世紀(jì)初期起，還出現(xiàn)了各種再生蛋白基纖維，其中日本東洋紡公司的酪素蛋白基纖維“Chinon”1968年成為世界化學(xué)纖維的十大發(fā)明之一?？梢哉f，從19世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代是生物基化學(xué)纖維的創(chuàng)新與起步階段。但隨著20世紀(jì)40年代至50年代，一些以煤化工和石油工業(yè)為基礎(chǔ)的礦物源合成纖維品種的陸續(xù)問世，生物基化學(xué)纖維的產(chǎn)量雖然仍在增加，但從60年代中期起增加的速率趨于平穩(wěn)。由于石油化工為合成纖維提供了大量廉價(jià)的原料，從而促進(jìn)了合成纖維的大發(fā)展，其產(chǎn)量于1968年首次超過生物基化學(xué)纖維。

由于合成纖維以不可再生的石油資源為基礎(chǔ)，其大部分廢棄物不可降解，因此不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。于是，從上世紀(jì)60年代開始，歐美發(fā)達(dá)國家開始重新開始重視對生物基化學(xué)纖維的研究。1962年，美國Cyanamid公司用聚乳酸制成了性能優(yōu)異的可吸收縫合線。1969年，美國Eastmann Kodak取得了纖維素新溶劑甲基嗎啉氧化物（NM-IVIO）的專利。20世紀(jì)90年代以來，已經(jīng)有一批新型生物基化學(xué)纖維實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。其中最有代表性的是萊賽爾（Lyocell）纖維和聚乳酸纖維。此外甲殼素和殼聚糖纖維、膠原纖維、海藻酸纖維等雖然在服裝領(lǐng)域的用量不大，但在醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)取得重要地位。而曾經(jīng)在三四十年代曇花一現(xiàn)的大豆蛋白基纖維等再生蛋白基纖維，也因?yàn)榫哂猩鷳B(tài)纖維的特征而重新受到重視。

本世紀(jì)以來，以植物/農(nóng)作物為原料，運(yùn)用生物技術(shù)制備成纖聚合物的單體，是生物基纖維的主要研究方向之一。而傳統(tǒng)合成纖維的成纖聚合物單體一般采用化學(xué)方法合成。近年來，纖維科學(xué)研究者十分重視運(yùn)用生物技術(shù)合成成纖聚合物的單體的研究。例如日本富士通與本田公司從蓖麻秸稈中研發(fā)出新的生物基纖維聚合體用于汽車內(nèi)飾用織物。法國羅地亞公司采用蓖麻秸稈原料制成了聚酰胺610纖維。其中最重要的生物基化學(xué)纖維聚乳酸，其成纖聚合物的單體L-乳酸則是以玉米、山芋等為原料，采用發(fā)酵法生產(chǎn)的。美國杜邦公司已在用玉米淀粉制備聚對苯二甲酸丙二醇酯的單體丙二醇（PDO）的技術(shù)上取得了重大突破。美國農(nóng)業(yè)集團(tuán)卡吉爾（CargiⅡ）公司組建了一家新公司，利用生物柴油生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品甘油來生產(chǎn)丙二醇。杜邦公司還開展了用生物技術(shù)合成己二腈，再轉(zhuǎn)化為尼龍6和尼龍66的單體己內(nèi)酰胺和己二酸的研究。

政策導(dǎo)向戰(zhàn)略發(fā)展

據(jù)美國儒士咨詢公司最近報(bào)告指出，20世紀(jì)形成了石油經(jīng)濟(jì)和技術(shù)體系，2l世紀(jì)將會(huì)出現(xiàn)生物基經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。以生物基工程技術(shù)為核心的新型生物基纖維的快速發(fā)展，將成為引領(lǐng)化纖工業(yè)發(fā)展的新潮流。該報(bào)告認(rèn)為，在生物基產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，社會(huì)、環(huán)境和戰(zhàn)略價(jià)值要大于經(jīng)濟(jì)價(jià)值，國家目標(biāo)、政府的引導(dǎo)和聯(lián)盟組織等的支持是取得成功的必要條件，發(fā)達(dá)國家政府在政策和資金方面的支持強(qiáng)度越來越大?，F(xiàn)在世界各國特別是發(fā)達(dá)國家在恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)規(guī)劃中，均把發(fā)展生物產(chǎn)業(yè)作為走出困境、爭奪高新技術(shù)制高點(diǎn)、重新走向繁榮的國家戰(zhàn)略。另一方面，重新定義生物基纖維材料不僅是服裝、家紡、產(chǎn)業(yè)用紡織品的原料，而且是重要的基礎(chǔ)材料和工程材料。他們不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，逐步把纖維產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向利潤更高、受資源或環(huán)境影響更小的高性能生物基纖維的研發(fā)和生產(chǎn)。

另據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)的調(diào)查資料顯示，生物基纖維作為有助于解決當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所面臨的嚴(yán)重的資源和能源短缺以及環(huán)境污染等問題，目前在歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛鼓勵(lì)開發(fā)與使用生物基纖維。如美國能源部和美國農(nóng)業(yè)部贊助的“2020年植物/農(nóng)作物可再生性資源技術(shù)發(fā)展計(jì)劃”，提出了2020年從可再生的植物衍生物中獲得10%的基本化學(xué)原材料。為支持生物基纖維材料的研發(fā)應(yīng)用，美國能源署（DOE）最近向兩個(gè)大型研究項(xiàng)目撥款1130萬美元。據(jù)悉，這兩個(gè)項(xiàng)目旨在以農(nóng)業(yè)廢棄物或木質(zhì)生物質(zhì)為原料，研制出造價(jià)低廉、性能優(yōu)異的再生碳纖維材料。據(jù)悉，該種材料一旦成功問世，將會(huì)有效降低生產(chǎn)成本。此前，為鼓勵(lì)生產(chǎn)企業(yè)用生物基TPU代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聚丙烯腈為原料生產(chǎn)生物基纖維，DOE還向陶氏化學(xué)公司、美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室長期提供研究經(jīng)費(fèi)援助。

一向以功能性纖維見長的日本化纖制造商正全力聚焦于個(gè)人健康、衛(wèi)生與舒適性的生物基纖維與紡織品方面的發(fā)展。2002年6月，日本政府統(tǒng)合了“纖維制品新機(jī)能評價(jià)協(xié)議（JAFET）”。JAFET針對經(jīng)過生物基技術(shù)生產(chǎn)、加工、紡織的化學(xué)纖維及成纖聚合物制品的表示用語、評價(jià)方法、評定基準(zhǔn)等進(jìn)行了統(tǒng)一，并確立了標(biāo)志的認(rèn)證制度，以通過“新機(jī)能生物基纖維產(chǎn)品”改善國民生活為最終目的。統(tǒng)合后的新組織具備評定標(biāo)準(zhǔn)部門、試驗(yàn)檢查部門、標(biāo)志推進(jìn)部門、制品認(rèn)證部門4個(gè)主要部門進(jìn)行工作推進(jìn)，以滿足生物基市場新需求的高性能、新功能，并且兼顧與環(huán)境相協(xié)調(diào)的新型生物基纖維及其制品日益受到工業(yè)企業(yè)和消費(fèi)者的青睞。

在歐洲，意大利政府頒布的《環(huán)境保護(hù)和減排規(guī)劃》規(guī)定：到2025年服裝鞋帽產(chǎn)業(yè)與紡織業(yè)必須全面使用天然纖維與生物基纖維。而德國、比利時(shí)、荷蘭等國家也紛紛效仿并制定稅收上的優(yōu)惠政策鼓勵(lì)生物基纖維的應(yīng)用，大大促進(jìn)了生物基纖維行業(yè)的快速發(fā)展，市場前景一片大好。2011年歐洲共同體就生物聚合物及其纖維的潛在市場制定了有針對性的生物紡織（Biotext）研究計(jì)劃。組織了德國的ITA、ITCF和Dechema，比利時(shí)的Centxbel以及西班牙的Aitex等5家知名的公司與研究所，選擇生物聚合物PLA、PHB和淀粉基聚合物為研究對象，開展單絲、扁絲、復(fù)絲（BCF、FDY和POY）以及生物增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用研究，將開展共混聚合物的性能界定，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的驗(yàn)證，探索與確定生物聚合物的改進(jìn)目標(biāo)以及確定產(chǎn)品的最適宜使用領(lǐng)域等。Biotext研究計(jì)劃的目的是為生物高分子材料在高端紡織品上的使用提供技術(shù)支持。

另外，雀巢、可口可樂、達(dá)能集團(tuán)、福特、亨氏食品公司、耐克、P&G和 聯(lián)合利華等跨國公司已攜手聯(lián)合創(chuàng)立“生物基纖維開發(fā)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。聯(lián)盟成立的目標(biāo)是引導(dǎo)負(fù)責(zé)任地挑選和收割農(nóng)作物材料，如甘蔗、玉米、蘆葦和柳枝等用于制造生物基纖維，并將呼吁行業(yè)、學(xué)術(shù)界和社會(huì)各界的專家共同幫助推進(jìn)工作的實(shí)施。旨在鑒定生物基纖維行業(yè)的潛在影響及促進(jìn)這些影響的可能性措施，使生物基纖維行業(yè)新興供應(yīng)鏈朝著積極向上的方向發(fā)展。

生物基纖維開發(fā)應(yīng)用動(dòng)向

據(jù)德國創(chuàng)恒斯泰技術(shù)咨詢公司的調(diào)研報(bào)告，當(dāng)前在國際利用生物基技術(shù)的開發(fā)中，最熱門也最有市場應(yīng)用潛力的生物基纖維材料包括纖維素聚合物、生物基聚酯類（PLA、PHB、PTT、PBT、PET等）、生物基聚酰胺類（PAll、PA6、PA66、PA69、PA610）、生物基聚乙烯類、生物基聚丙烯類、生物基PVC類、生物基TPU類以及淀粉基聚合物等。該報(bào)告還闡述了這些生物基纖維在環(huán)保、節(jié)能、康健、親膚與安全應(yīng)用領(lǐng)域的無限效益與功能。

例如Regenerated biological basis纖維（RBB-再生生物基），具有優(yōu)良的人體親和性，可廣泛應(yīng)用于貼身內(nèi)衣、家紡、襯衫、襪類、服裝、休閑等領(lǐng)域。在RBB纖維開發(fā)的紡織品中，以Chitosan纖維（殼聚糖纖維）為例，目前海斯摩爾純殼聚糖纖維等生物基纖維已突破關(guān)鍵技術(shù)并具備工業(yè)化產(chǎn)能基礎(chǔ)，總體技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先。Chitosan纖維除了用于醫(yī)用紡織品與勞動(dòng)防護(hù)用品外，在紡織服裝領(lǐng)域，Chitosan纖維吸濕排汗、抗靜電、抑菌防霉等功能性，使其特別適合做床上用品、內(nèi)衣、襪子、毛巾等直接接觸皮膚的產(chǎn)品。

又如Elastic biological basis纖維（EBB-彈性生物基），特殊的花生殼截面使EBB纖維具有優(yōu)良的吸濕排汗功能，具有抗氯性能，能經(jīng)受一般彈力牛仔布所不能采用的漂白和洗滌環(huán)境。EBB纖維用來生產(chǎn)四面彈力織物，高檔針織面料，高彈牛仔面料，在牛仔服裝、運(yùn)動(dòng)服裝、襯衣、休閑裝、女性套裝、褲子等方面得到了廣泛應(yīng)用。

Poly lactic acid纖維（PLA-聚乳酸），這是一種可生物降解的熱塑性脂肪族聚酯，它來源于可再生資源如玉米淀粉、甘蔗等。它最大的優(yōu)點(diǎn)還在于它的環(huán)保性，兼有天然纖維和合成纖維的特點(diǎn)， 吸濕排汗均勻、快干、阻燃性低、煙塵小、熱散發(fā)小、無毒性、熔點(diǎn)低、回彈性好、折射指數(shù)低、色彩鮮艷、不滋長細(xì)菌和氣味保留指數(shù)低等。德國亞琛大學(xué)紡織研 究所選擇生物聚酯為原料進(jìn)行了系統(tǒng)的紡絲成型試驗(yàn)。在共混紡絲試驗(yàn)中，使用PLA（80%）和PHB（20%）兩種組分，制得的長絲紗單絲直徑達(dá)20?m，其紡織品展現(xiàn)了十分好的使用性能，如優(yōu)良的滲透性，高吸濕性和良好的水汽穿透性能。

生物基聚酯PTT（聚對苯二甲酸丙二醇酯）作為一種新型生物基聚酯產(chǎn)品，具有其他材料無法比擬的綜合性能：它有尼龍（PA）的柔軟性，且有更好的色澤度；也有腈綸（PAN）的蓬松性，且避免了磨損傾向；還有滌綸（PET）的抗污性，更有很好的手感；加上本身固有的回彈性和抗靜電性，它不僅可以廣泛應(yīng)用于服裝和其他紡織品，在醫(yī)療非織造領(lǐng)域也有較大的市場發(fā)展?jié)摿?。?jù)了解，目前，杜邦公司是PDO產(chǎn)品的最大生產(chǎn)商，其PDO產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)PTT纖維材料。杜邦已經(jīng)掌握了PTT纖維產(chǎn)業(yè)鏈的頂端技術(shù)——PTT聚酯切片的生產(chǎn)技術(shù)。中國盛虹控股集團(tuán)與清華大學(xué)合作，用粗淀粉或生物柴油的副產(chǎn)品——甘油，分別采用兩步法和一步法來發(fā)酵生產(chǎn)PDO和BDO（1.4丁二醇），開發(fā)的新工藝已經(jīng)提高了克雷伯氏菌的生物量和乙二醇的總產(chǎn)量，并通過添加適量的反丁烯二酸，可增加PDO的生產(chǎn)力度。

在動(dòng)物基成纖聚合物的生物技術(shù)制備方面，蜘蛛絲是力學(xué)性能十分優(yōu)異的天然纖維。近年來，美國杜邦公司運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，首先建立蜘蛛絲蛋白基各種成分的分子模型，然后運(yùn)用遺傳學(xué)基因合成技術(shù)，把遺傳基因植入Escherichia coli細(xì)菌和P.pastoris酵母菌，可分泌出高分子量的蜘蛛絲蛋白，從而仿制出長度可達(dá)1000個(gè)氨基酸的蜘蛛拉索絲。

加拿大Nexia公司則使用生物反應(yīng)器技術(shù)，在蜘蛛體外獲得了蛛絲蛋白。方法是將能復(fù)制蜘蛛絲蛋白的合成基因移植到山羊，山羊生產(chǎn)的羊奶中就含有類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)，這種羊奶中含有經(jīng)基因重組的蛋白質(zhì)2g/L～15g/L，用這種蛋白質(zhì)生產(chǎn)的纖維取名生物鋼（Biosteel），其強(qiáng)度比芳綸大3.5倍。該公司正研究如何將羊奶中的蛋白質(zhì)進(jìn)行紡絲的問題。他們已和加拿大國防部簽署了用這種纖維生產(chǎn)防彈材料的協(xié)議，還和美國軍隊(duì)及美國航天局（NASA）達(dá)成了有關(guān)合作。

為了蜘蛛絲的生產(chǎn)量，一些科研項(xiàng)目已經(jīng)利用植物來生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白。這種方法是將能生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白的合成基因移植給植物，如花生、煙草和土豆等作物，使這些植物能大量生產(chǎn)類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)，然后將蛋白質(zhì)提取出來作為生產(chǎn)仿蜘蛛絲的原料。如德國植物遺傳與栽培研究所將能復(fù)制Nephila clavipes蜘蛛拉索絲的蜘蛛絲蛋白的合成基因移植給土豆，所培植出的轉(zhuǎn)基因土豆含有可觀數(shù)量的蜘蛛絲蛋白質(zhì)，90%以上的蛋白質(zhì)含有420～3600個(gè)堿基對，其基因編碼與蜘蛛絲蛋白相似。由于這種經(jīng)基因重組的蛋白質(zhì)有極好的耐熱性，使其提純與精制手續(xù)簡單而有效。

通過仿生紡絲技術(shù)開發(fā)高性能纖維和智能纖維，也是令人矚目的開發(fā)應(yīng)用方向。日本科學(xué)家研究了蠶吐蜘蛛絲的機(jī)理。東華大學(xué)胡學(xué)超等進(jìn)行了以蠶絲為原料，模仿蜘 蛛的吐絲，通過干法絲制備人造蜘蛛絲的研究。日本科學(xué)家還研究模仿酶、神經(jīng)、肌肉等生物體分子纖維的功能，開發(fā)功能更高纖維的技術(shù)。例如，通過人工酶加工技術(shù)開發(fā)消臭+殺菌、止癢+消炎+抗過敏纖維；通過模仿神經(jīng)開發(fā)合成高分子或天然高分子人工肌肉，并應(yīng)用在調(diào)節(jié)器等功能設(shè)備中。將天然高分子與其他材料復(fù)合制備新型復(fù)合纖維，例如，絲纖朊/纖維素復(fù)合纖維、明膠/纖維素復(fù)合纖維、殼聚糖/究蘭等天然離子復(fù)合纖維等的開發(fā)和應(yīng)用，在日本也是開發(fā)的熱點(diǎn)。

在紡絲技術(shù)的革新應(yīng)用方面，以植物纖維素為原料的粘膠纖維采用濕法紡絲工藝，不但生產(chǎn)流程長、能源消耗大，而且污染環(huán)境。如果采用新型溶劑如NMMO得到的Lyocell纖維，該纖維具有較高的干強(qiáng)、濕強(qiáng)和濕模量，優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色纖維”。日本東麗公司和京都大學(xué)共同研究開發(fā)的纖維素纖維“熔融紡絲法”，在維持纖維素特性的條件下能夠自由控制分子間氫的結(jié)合強(qiáng)度。由于是通過熔融絲進(jìn)行纖維化，可得到異形截面纖維，并可與異種聚合物生成復(fù)合纖維，應(yīng)用復(fù)合紡絲技術(shù)，可生產(chǎn)出比天然纖維中最細(xì)的海島棉纖維（1.3dtex）更細(xì)的纖維，最細(xì)可達(dá)0.1dtex。 該公司還通過在纖維素中加入第三成分，緩解氫鍵結(jié)合強(qiáng)度并賦予其熱塑性，紡絲后，再除去第三成分，從而維持纖維素所具有的吸濕性、放濕性、顯色性及柔軟的手感。他們還成功生產(chǎn)出由天然高分子組成的纖維素類纖維絲，利用該技術(shù)不僅能夠輕松地得到異形剖面等任意剖面形狀的纖維絲，而且還能簡單地生產(chǎn)出與異種聚合物復(fù)合而成的混紡纖維絲等材料。因此，將纖維素改性后所得到的纖維素衍生物在一定條件下進(jìn)行熔融紡絲，可最大程度地降低環(huán)境負(fù)荷，提高紡絲效率，省去溶劑使用和回收利用的步驟，縮短流程。因此，再生纖維素熔融紡絲法是最具長遠(yuǎn)競爭力的技術(shù)創(chuàng)新加工方法。

生物基纖維市場發(fā)展趨勢

隨著全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源危機(jī)與環(huán)境污染越來越受到人們的關(guān)注。如何保持經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展是目前需要迫切解決的問題，而生物技術(shù)的持續(xù)發(fā)展以及生物基纖維材料在常規(guī)和高性能產(chǎn)品的日益拓展，將會(huì)不斷進(jìn)入更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)的調(diào)研報(bào)告顯示，2013年全球生物基塑料產(chǎn)能約160萬噸，而今后生物塑料將在此基礎(chǔ)上逐年攀升，尤其是未來4年，全球生物塑料產(chǎn)能將實(shí)現(xiàn)劇增，生物基塑料2018年的年產(chǎn)量將達(dá)到670萬噸，是2013年產(chǎn)量的4倍左右。該調(diào)研報(bào)告指出，目前生物基聚合物占世界塑料市場的份額不足2%，但生物技術(shù)吸引了全球眾多企業(yè)的濃厚興趣，它們爭相投入了巨大的人力和財(cái)力，并取得了長足的進(jìn)步。目前在數(shù)十種已商業(yè)化使用的PA材料中，取之于可再生資源的生物基纖維系列產(chǎn)品，包括PA6、PA66、PA69、PA11、PA610、PA1010及其制品的研究與開發(fā)均已相繼展開。從美國Rennovia公司基于全球葡萄糖類原料的供給現(xiàn)狀以及通過化學(xué)催化技術(shù)制備生物基己二胺及己二酸技術(shù)的商業(yè)化現(xiàn)實(shí)判斷，2022年全球生物基PA66纖維產(chǎn)量將突破100萬噸大關(guān)。

另據(jù)世界著名IHS咨詢公司的最新研究報(bào)告稱，日益增加的消費(fèi)者壓力和日趨嚴(yán)格的法規(guī)，將刺激北美、歐洲和亞洲市場對再生纖維素纖維的需求，而再生纖維素纖維資源十分豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上每年木材的循環(huán)量達(dá)到1.5 億噸，可用于再生纖維素加工的材料達(dá)到1500萬噸以上；竹材循環(huán)量達(dá)到4000萬噸，可用于再生纖維素纖維加工的約500萬噸；棉纖維產(chǎn)量達(dá)到2400 萬噸左右，可用于再生纖維素加工的棉短絨等100萬噸左右；麻類纖維材料產(chǎn)量達(dá)到300萬噸以上，難以直接紡織利用的麻類以及麻稈等都可用作再生纖維資源。

又據(jù)美國儒士咨詢公司的最新預(yù)測報(bào)告指出，生物基纖維材料研究的發(fā)展與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和資源、環(huán)境的發(fā)展緊密相關(guān)，所以新的生長點(diǎn)和交叉點(diǎn)不斷涌現(xiàn)，并不斷向其他相關(guān)學(xué)科延伸和滲透，這既促進(jìn)了生物基纖維的發(fā)展又豐富了新材料科學(xué)的內(nèi)涵。其發(fā)展趨勢有：

一是研發(fā)對象不斷發(fā)展。從傳統(tǒng)的木材擴(kuò)展到竹藤、秸稈、草本植物和藻類植物；從天然纖維材料擴(kuò)展到蛋白基材料以及生物礦物材料；從可再生材料的利用擴(kuò)展到可 再生能源的利用；從宏觀材料的簡單初級(jí)利用到微觀化學(xué)成分的提純、分離的再加工利用：從低價(jià)值利用到高附加值的利用。所以近年來生物基產(chǎn)業(yè)在主要原料定位上的發(fā)展趨勢是：由以玉米淀粉、大豆油脂等農(nóng)產(chǎn)品為主要原料來源向著非食物性木基纖維素等植物殘?bào)w（Residues）和農(nóng)林廢棄有機(jī)物基為主要原料來源的方向發(fā)展，以減少對農(nóng)田的壓力和降低原料成本。

二是研發(fā)范圍不斷擴(kuò)大。未來生物基纖維材料研究與相關(guān)學(xué)科不斷交叉、滲透，新的學(xué)科增長點(diǎn)不斷出現(xiàn)，從傳統(tǒng)的生物學(xué)科及其相關(guān)的物理、化學(xué)學(xué)科滲透到材料學(xué)科、能源學(xué)科、復(fù)合材料學(xué)等領(lǐng)域。

三是更加注重材料的環(huán)保性能。自然界生物在長期進(jìn)化過程中，利用最簡單的成分、最普通的條件獲得了最穩(wěn)定的材料結(jié)構(gòu)，人們可以從這種分級(jí)結(jié)構(gòu)中得到啟發(fā)，通 過生物擬態(tài)或者仿生設(shè)計(jì)制備出性能優(yōu)越的復(fù)合材料，充分發(fā)揮生物基材料可再生、可降解利用的優(yōu)勢，特別是節(jié)約、降耗、降能是未來材料發(fā)展的必然趨勢。

四是更加重視材料基本性基的設(shè)計(jì)要求。未來的生物基材料研究不但注重其基本性基的改進(jìn)，還注重賦予其新的功能，注重復(fù)合化、高性能化、功能化。

五是構(gòu)筑生物基經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。未來將會(huì)出現(xiàn)生物基經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，生物基產(chǎn)業(yè)必將有非常廣闊的發(fā)展前景。必須指出的是，在生物基產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，社會(huì)、環(huán)境和戰(zhàn)略價(jià)值要 大于經(jīng)濟(jì)價(jià)值，國家目標(biāo)、政府的引導(dǎo)和支持是取得成功的必要條件，適時(shí)制定符合生物基纖維發(fā)展的戰(zhàn)略，保證生物基產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從量增長到基的提高。

最近歐洲生物塑料協(xié)會(huì)指出，亞洲作為生物塑料主要生產(chǎn)中心的地位更受重視，因?yàn)楫?dāng)前規(guī)劃的項(xiàng)目大多將在泰國、印度和中國實(shí)施。盡管從中國或全世界看，天然生 物材料的開發(fā)利用都處于剛起步階段，生物基纖維在整個(gè)材料結(jié)構(gòu)中所占的比重還很小，但是，生物基材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒?。中國擁有全球最大的化纖產(chǎn)量和纖維消費(fèi)市場，目前中國的化纖總產(chǎn)量已占世界55%，是美國和日本等發(fā)達(dá)國家的5～10倍。因此，從國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)安全、可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，中國化學(xué)纖維的品種結(jié)構(gòu)調(diào)整迫在眉睫。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型材料的廣泛應(yīng)用，以及規(guī)模化、集約化、自動(dòng)化生產(chǎn)的需求，中國傳統(tǒng)紡織服裝工業(yè)也在面臨產(chǎn)業(yè)升級(jí)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的巨大挑戰(zhàn)。纖 維行業(yè)作為紡織原料與創(chuàng)新的源頭，應(yīng)該為中國紡織工業(yè)的發(fā)展提供重要的支撐與保障作用。因而，因地制宜地編制中國生物基聚合物及其纖維材料的發(fā)展規(guī)劃十分有利于行業(yè)的發(fā)展。中國纖維工作者應(yīng)該將其未來較長一段時(shí)間內(nèi)研究的主要方向，為生物基纖維產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和提高人民的健康水平做出重要貢獻(xiàn)。制定符合生物基纖維發(fā)展的戰(zhàn)略，保證生物基產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從量增長到基的提高，生物基產(chǎn)業(yè)才會(huì)有非常廣闊的發(fā)展前景；并將對經(jīng)濟(jì)社會(huì)全局和長遠(yuǎn)發(fā)展具有重大引領(lǐng)帶動(dòng)作用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效益。

（原文作者：美國生物塑料與新材料協(xié)會(huì)主席副理事長、佛瑞斯特研究院顧問伯恩坎·N·曼弗雷）