一、前言
　　生物質(zhì)纖維是指來源于可再生生物質(zhì)的一類纖維，包括天然動植物纖維、再生纖維及來源于生物質(zhì)的合成纖維。大力發(fā)展生物質(zhì)纖維可有效擴大紡織原料來源，彌補國內(nèi)紡織資源的不足，同時也是應對石油資源日趨枯竭、實現(xiàn)紡織工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段；開發(fā)可再生、可降解、可循環(huán)利用的生物質(zhì)纖維，也是推進化纖原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和建立化纖工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的重要任務。最近幾年來，國內(nèi)地區(qū)的大學教授、專家和企業(yè)領(lǐng)導們都特別關(guān)注生物質(zhì)纖維，國內(nèi)外的行業(yè)專家等都對此產(chǎn)品前景比較看好，認為“生物質(zhì)纖維”將成為未來紡織行業(yè)發(fā)展的主要方向，由于全球石油資源日趨匱乏，作為世界最大的化纖生產(chǎn)國，我國化學纖維的產(chǎn)量將會受到越來越多的制約，為了滿足市場需求，必須有相應的替代資源以滿足生產(chǎn)發(fā)展和消費增長的需要。在這種情況下，能替代石油的可再生、可降解的新型化纖原料的經(jīng)濟性日益顯現(xiàn)，以生物質(zhì)工程技術(shù)為核心的綠色纖維及材料的快速發(fā)展，將成為引領(lǐng)化纖工業(yè)發(fā)展的新潮流。
　　二、生物質(zhì)纖維的分類
　　生物質(zhì)纖維基本可分為生物質(zhì)原生纖維、生物質(zhì)再生纖維、生物質(zhì)合成纖維三大類。以棉、毛、麻、絲為代表的生物質(zhì)原生纖維是我國的傳統(tǒng)優(yōu)勢品種；竹漿、麻漿纖維、蛋白纖維、海藻纖維、甲殼素纖維、直接溶劑法纖維素纖維等生物質(zhì)再生纖維迅速發(fā)展，能基本滿足我國經(jīng)濟發(fā)展及紡織工業(yè)發(fā)展的需求；PTT、PLA、PHA等生物質(zhì)合成纖維已突破關(guān)鍵技術(shù)，部分產(chǎn)品產(chǎn)能世界領(lǐng)先。
　　1.竹漿纖維
　　以竹子為原料生產(chǎn)的竹漿纖維是近年來我國自行研發(fā)成功的一種再生纖維素纖維，具備良好的可紡性和服用性能，尤其是具有抗菌、抑菌、防紫外線和易于生物降解等特性，目前全國已形成5萬噸左右的產(chǎn)能。竹漿纖維自2000年問世以來，平均每年保持了30％的增長速度。10年來，竹漿纖維真正成為擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，并得到廣泛推廣應用的新型紡織原料?，F(xiàn)在，國內(nèi)已經(jīng)推出了全竹、竹棉、竹麻、竹毛、竹真絲、竹天絲、竹萊卡、混紡絲、梭織、色織系列竹纖維產(chǎn)品，并初步形成了一些竹漿纖維產(chǎn)品品牌。目前，河北吉藁化纖的竹纖維產(chǎn)量至少占國內(nèi)總產(chǎn)量的70%，紡紗生產(chǎn)企業(yè)有河北天綸、山東德棉、山東華源、保定依棉等。織造、染整及成品加工的企業(yè)相當多，但整體水平不高，產(chǎn)品開發(fā)也有很大的局限性。
　　2.PTT纖維
　　杜邦公司于2000年推出生物質(zhì)PTT樹脂，商品名為“Sorona”，它是用玉米制成的生物質(zhì)1，3－丙二醇（PDO）取代石油質(zhì)PDO為原料而制成的。同時，杜邦公司還與韓國的新韓工業(yè)、日本的帝人和東麗及我國臺灣省的遠東紡織等公司合作，共同開發(fā)PTT纖維。我國福建海天輕紡集團與杜邦聯(lián)合開發(fā)PTT聚合已形成3萬噸/年能力，吳江中鱸科技公司3萬噸/年的PTT聚合正在建設中，生物質(zhì)PDO處于供不應求狀態(tài)，目前廣泛關(guān)注以農(nóng)副產(chǎn)品制備PDO。我國在PTT纖維紡絲、織造、染整方面已形成相當產(chǎn)能，開發(fā)的服裝面料已擁有一定的市場容量，并有穩(wěn)步發(fā)展趨勢。
　　3.PHA纖維
　　是一類由各種微生物（如土壤細菌、藍藻、轉(zhuǎn)基因植物等）產(chǎn)生的生物相容可降解的全生物高分子。這類可熔融紡絲生產(chǎn)PHA纖維，工藝路線環(huán)保，污染少。目前纖維加工的難點在于PHA脆性較大、機械性能差和可加工溫度范圍窄。如果能突破紡絲加工的關(guān)鍵技術(shù)，在成本控制、染色性能等方面有較大改善，PHA纖維將是未來最可能與目前的聚酯纖維相競爭的纖維品種。東華大學在國內(nèi)最早開始PHA系列纖維成型理論研究，并最終制備出具有一定物理機械性能的生物纖維，同時為通過熔融紡絲法直接制備功能性生物質(zhì)纖維提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　4.Lyocell纖維
　　是20世紀90年代推出的新一代再生纖維素纖維，采用NMMO有機溶劑溶解和干濕法紡絲工藝制成，紡絲溶劑回收率達99％以上。目前，世界上該纖維年產(chǎn)量在12萬噸以上，其中奧地利蘭精公司是最主要的生產(chǎn)商。國內(nèi)已有多家單位進行了相關(guān)研究開發(fā)。上海紡織控股集團下屬的上海里奧纖維企業(yè)發(fā)展有限公司已建成了1000噸/年的Lyocell纖維生產(chǎn)線，2009年7月企業(yè)又成功研發(fā)出萊賽爾竹纖維（LyoceelBamboo），并實現(xiàn)了大規(guī)模批量生產(chǎn)，填補了該纖維在全球范圍內(nèi)商品化的空白。由中國紡織科學研究院承擔的“新溶劑法纖維素纖維關(guān)鍵設備與工藝的工程化研究”項目通過了專家鑒定，目前年產(chǎn)10噸的Lyocell纖維關(guān)鍵設備工程化小試示范線已建成并實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行，纖維主要性能指標均達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。保定天鵝股份有限公司計劃投資12億元建設3萬噸生產(chǎn)線。NMMO法生產(chǎn)纖維素纖維在國內(nèi)的最大障礙是知識產(chǎn)權(quán)問題。Courtaulds、AKZONobel、Lenzing等公司僅在中國就申請該技術(shù)相關(guān)專利多達上百項，無疑增加了技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)的成本。
　　5.牛奶蛋白纖維
　　是以牛乳作為基本原料的新型動物蛋白纖維，由牛奶酪蛋白與丙烯腈大分子接枝共聚反應而成，目前世界上只有個別國家能生產(chǎn)。我國從20世紀60年代開始研究牛奶纖維。上海正家牛奶絲科技有限公司的牛奶纖維生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)屬首創(chuàng)，并享有國家發(fā)明專利。目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)還有山西恒天紡織新纖維科技公司、嫩江華強牛奶蛋白纖維公司、深圳優(yōu)尼克紡織服裝公司等，但各企業(yè)產(chǎn)品乳酪蛋白含量不同。
　　6.甲殼素纖維
　　地球上存在的天然有機化合物中，數(shù)量最大的是纖維素，其次就是甲殼素，前者主要由植物生成，后者主要由動物生成。
　　三、生物質(zhì)纖維需要早日產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)
　　與國外相比，我國開發(fā)研制生物質(zhì)纖維甲殼素紡織品的工作起步較晚，是1952年開展甲殼素試驗的。1991年東華大學研制成功甲殼素醫(yī)用縫合線，接著又研制成功甲殼胺醫(yī)用敷料（人造皮膚）并已申請專利。1999～2000年，東華大學研制開發(fā)了甲殼素系列混紡紗線和織物并制成各種保健內(nèi)衣、褲襪和嬰兒用品。2000年在山東濰坊，世界第一家量產(chǎn)純甲殼素纖維的韓國獨資企業(yè)投入生產(chǎn)，月產(chǎn)3噸。除上海之外，北京、江蘇、浙江等省市的有關(guān)廠家也開發(fā)了甲殼素保健內(nèi)衣或床上用品，并已推向市場。近年來，我國有多數(shù)生物質(zhì)纖維還在實驗室里，在全球石油等資源日益緊張的情況下，生物質(zhì)代表化纖的未來。受制于原料一直是化纖發(fā)展的瓶頸。為了突破這樣的瓶頸，一些有實力的大企業(yè)選擇向上游走，去開采石油。但是石油資源是有限的，向上游走并不能解決化纖發(fā)展的全部問題。如果化纖能夠利用可以不斷再生的資源，化纖的產(chǎn)品又能夠?qū)崿F(xiàn)可降解，那么化纖不僅能夠解決利潤下降的問題，還能從根本上打破產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。據(jù)悉，與再造一個生物質(zhì)的確良的愿望相比，這份路線圖略顯保守。比如在原料替代方面，路線圖希望在2020年行業(yè)平均替代水平為5%，2030年行業(yè)平均替代水平為10%，2040年行業(yè)平均替代水平為20%。在過程替代方面，2020年行業(yè)平均替代水平為5%，2030年行業(yè)平均替代水平為17%，2040年行業(yè)平均替代水平為24%。在生化改性方面，2020年行業(yè)平均水平將達到5%，2030年達到10%，2040年達到15%。而中國化纖協(xié)會理事長鄭植藝指出，“十一五”期間，我國化纖行業(yè)在特種纖維開發(fā)應用及產(chǎn)業(yè)化方面取得了可喜進步，但在生物質(zhì)纖維及生化原料研究方面還沒有邁出根本性步伐，對生物化學、分子生物學等的了解相對有限，還沒有意識到這些基礎(chǔ)科學在提升化纖工業(yè)中的重要作用。“十二五”期間，化纖工業(yè)將對生物質(zhì)纖維及生化原料進行重點研究，引導行業(yè)利用生物技術(shù)提升產(chǎn)業(yè)水平，改造傳統(tǒng)再生纖維生產(chǎn)工藝，推廣纖維材料綠色加工和新工藝、集成化技術(shù)。我國化纖行業(yè)在生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域取得了一定成績，如：聚乳酸及纖維正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，1，3－丙二醇、1，4－丁二醇等生物法多元醇、糖醛等單體原料、聚合物及纖維深加工進步迅速，竹漿、麻漿等新型再生纖維素原料多樣化、新溶劑法纖維素纖維制造技術(shù)等已取得明顯突破。目前，我國生物質(zhì)再生纖維產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，2009年產(chǎn)能已達191萬噸，占世界總產(chǎn)能的77%，2012年產(chǎn)能達到了200萬噸以上，占世界總產(chǎn)能的85%以上。我國生物質(zhì)纖維資源儲量豐富，如農(nóng)作物秸桿、樹木類資源量約有30-32億噸以上，海洋貝殼類、海藻類約有20-21億噸，動植物蛋白類纖維資源量約有300億噸以上，具有廣闊的開發(fā)應用前景。A股上市公司中，山東海龍、吉林化纖等都開展了生物化纖的研究，并取得了一定成果。
　　四、生物質(zhì)纖維的提出順應了當前的發(fā)展潮流
　　生物制造產(chǎn)業(yè)將是影響未來的戰(zhàn)略性領(lǐng)域。國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)預測，至2030年，將有35%的化學品和其他工業(yè)產(chǎn)品來自生物制造。2007年全球生物制造產(chǎn)品銷售額為480億歐元，預計到2017年將達到3400億歐元，其中生物材料將以38%的速度增長。美國、歐洲、加拿大等國家和地區(qū)先后制定生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)路線圖，工業(yè)生物技術(shù)已經(jīng)成為各國的戰(zhàn)略培育方向。美國的生物質(zhì)發(fā)展路線圖顯示，到2020年美國要實現(xiàn)化學工業(yè)的原料、水資源及能量的消耗降低30%，污染物排放和污染擴散減少30%；2030年替代25%的有機化學品和20%的石油燃料。歐洲工業(yè)生物技術(shù)2025遠景規(guī)劃中，期望取得基于生物技術(shù)型社會轉(zhuǎn)變的實質(zhì)性進展，生物能源替代化石資源20%。化學品替代10%~20%，其中化工原料替代6%~12%，精細化學品替代30%~60%。在此國際背景下，我國制定的《生物產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》指出，到2015年，全國生物產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達到4萬億元；2020年，達到8萬億至10萬億元。重點發(fā)展五大方面：生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)、生物能源、生物環(huán)保、生物服務外包。預計到2020年，生物醫(yī)藥占全球藥品的比重將超過1/3，生物質(zhì)能源占世界能源消費的比重將達到5%左右；生物基材料將替代10%~20%的化學材料。
　　五、結(jié)束語
　　目前，可以直接利用的生物質(zhì)纖維每年產(chǎn)量已超過3000萬噸，其中植物（纖維素）纖維量最大，棉花約2500萬噸，各種麻類約400萬噸，動物（蛋白質(zhì)）纖維其次，如羊毛約210萬噸，蠶絲約150萬噸。盡管這類纖維也需要通過一定的預處理、紡紗、織造等工藝過程才能得以利用，但其技術(shù)相對成熟，對環(huán)境的影響也較小。而大量不能直接利用的生物質(zhì)原料要成為纖維，需要經(jīng)過原料制備、紡絲等復雜的工藝和嚴格的工程設計。從19世紀末發(fā)明粘膠法生產(chǎn)再生纖維素纖維至今，100多年過去了，各種生產(chǎn)生物質(zhì)纖維的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，然而從纖維的產(chǎn)量比例來看，粘膠法依然占據(jù)著不可動搖的主導地位。2010年我國大陸粘膠纖維產(chǎn)量為180多萬噸，而直接溶劑法生產(chǎn)纖維素纖維的技術(shù)還處于千噸級生產(chǎn)線和小型試驗線的階段，其能耗與運行成本嚴重影響了其進一步發(fā)展。如今，已經(jīng)規(guī)劃了生物質(zhì)纖維30年路線圖，30年路線圖強調(diào)，國內(nèi)發(fā)展生物質(zhì)纖維及生化產(chǎn)業(yè)的根本目標，是實現(xiàn)“兩個替代、一個改性”——對化石原料資源替代，對化工加工工藝路線替代，以及生化方法改性，實現(xiàn)生化差別化發(fā)展。根據(jù)初步規(guī)劃，到2020年紡織化纖行業(yè)使用生物質(zhì)纖維實現(xiàn)原料替代5%，2030年達到10%，2040年將達到20%，屆時紡織原料格局將更加多元化，資源瓶頸將得到有效緩解；在過程替代方面，2020年行業(yè)平均水平將達到5%，2030年實現(xiàn)17%，2040年增長至24%，生產(chǎn)過程將更加清潔、高效。同時，采用傳統(tǒng)方法實現(xiàn)紡織化纖產(chǎn)品差別化發(fā)展已經(jīng)走到了盡頭，生化技術(shù)將為產(chǎn)品差別化帶來新的突破。