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我国生物基纤维产业迎来新发展机遇

文章来源:中国纺织报  2015-10-23

标签:生物基纤维产业

刚刚结束的中国国际纺织纱线(秋冬)展览会上,河南省龙都生物科技有限公司展出了主打产品聚乳酸(PLA)纤维,厦门百美特生物材料科技有限公司展出了海藻酸盐纤维AlgicopTM,山东英利实业有限公司展出了新溶剂法再生纤维素绿色环保纤维瑛赛尔等。这些纤维虽名字各异,但共同属于一类纤维---生物基化学纤维。

在石油资源越来越紧张,能源危机成为全球性挑战大背景下,生物基化学纤维产业迎来新的发展机遇。

从全球范围看,当前,美国、日本等传统化纤生产强国和欧盟逐渐退出常规化纤生产领域,对纤维材料持续进行产业结构调整,转向利润更高,受资源或环境影响更小的生物基化学纤维等领域的研发和生产。从国内看,国产生物基纤维已基本形成多点开花局面,并在竹浆纤维等品类上形成自主知识产权,虽然仍面临多重挑战,但整体发展前景广阔。

中国化学纤维工业协会会长端小平指出,十二五 期间,我国将生物产业列为7大战略性新兴产业,提出了大力推进生物基化学纤维及其原料的开发目标。生物基化学纤维及其原料是我国战略性新兴生物基材料产业的重要组成部分,大力发展生物基化学纤维及其原料行业,是我国化纤工业实现可持续发展、实现低碳经济的需要。

PLA、PTT、PBT等品类实现关键突破目

我国是化纤生产大国,纺织加工纤维中化学纤维占比超过50%。但是,目前化纤约90%为石油基来源的合成纤维,其发展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来满足生产发展和消费增长。

目前,我国的生物基合成纤维包括PLA纤维(聚乳酸纤维)、PHBV与PLA共混纤维、PTT纤维、PBT纤维等。PLA纤维的生产原料乳酸主要从玉米等植物淀粉中制得,又称玉米纤维 。PLA长丝和短纤除了具有生物可降解环保性能,还有很好的保暖性、抑菌性、亲肤性、导湿排汗性、阻燃性和抗紫外线性能。十二五期间,国家加大了对PLA纤维产业的支持力度。目前,我国PLA纤维生产规模约15000吨/年,生产企业分布在江苏、上海、河南等地。上海同杰良目前建成了年产1万吨聚乳酸生产线。聚乳酸具有天然抑菌性,同杰良联手同济大学经过多年攻关研发出的以聚乳酸为基材的无纺布和底膜目前已应用于卫生巾产品。河南龙都的产品名为御丝,目前一期1万吨聚乳酸长、短纤生产线已投产。此外,海宁新能、张家港安顺等也有一定产量。总体看,PLA纤维在加工及产品应用领域都较成熟,但是产业规模、生产成本和产品质量还有待进一步改进。PTT是由PDO和PTA缩聚制成的芳香族聚合物,以此聚合物为原料,可生产各种PTT长丝和短纤维。该纤维染色性、生物可降解性和抗污性良好,染色成本低,对环境污染小;同时它还具有耐磨、吸水性低、低静电、抗紫外线、与尼龙相同的韧性和回弹性,是当前国际上最热门的高分子新材料之一。

我国从上世纪90年代开始用国外PTT树脂开发生产PTT纤维,目前该纤维已应用于纺织领域,总产能约3万吨/年,主要产地为江苏、上海、辽宁等。长期以来,其主要原料之一PDO的生产技术被杜邦和壳牌垄断。2009年3月,迫于石油资源短缺的压力,壳牌永久性关闭其位于加拿大蒙特利尔的PTT生产,此后,PDO及PTT切片生产市场几乎完全被杜邦垄断。受此以及PTT聚合技术影响,国内PTT纤维的产业化水平整体有待提升,应用市场的拓展也没有预期的那么乐观。

值得指出的是,这一局面已被打破。盛虹集团目前已建成投产具有我国自主知识产权的3万吨/年的PTT/MDPTT聚合装置,打破了杜邦、壳牌对PTT聚合技术的垄断。近期,其2万吨基于生物柴油副产品粗甘油经生物发酵制备PDO装置也投产,突破了国内大容量生物发酵制备PDO关键技术。虽然目前PTT纤维受生产成本高等因素影响市场推广仍不那么乐观,但盛虹科技副总工程师边树昌对其发展前景看好。他指出:PTT纤维集常用化学纤维的优点于一体,加上化工业生产的优越条件,未来将具备适用于规模价位的潜力,预计将成为应用领域广泛的一大类纤维。 PBT纤维是近年来开发的一种新型纤维。其柔软,易染色,具有良好的耐久性、尺寸稳定性和较好的弹性,且弹性不受湿度影响,吸湿性、耐磨性好,同时具有优良的耐化学药品性、耐光性和耐热性。

近年来,国内自主研发了纤维及PBT树脂合成技术,打通了工程化生产环节。PBT纤维在纺织服装、家纺等领域的用量增长较快,产地集中在江苏。国内PBT目前以切片纺为主,切片主导工厂为仪征化纤、兴盛新材料、恒力和盛虹等。值得指出的是,兴盛建成了国内首条连续聚合熔体直纺工艺生产线---PBT弹性纤维生产线(PBT长丝),去年实现量产,年产能约3万吨。产品包括PBT彩色弹性纤维、复合纤维等。盛虹目前PBT民用丝的产量约为1万吨/年。

边树昌指出,PBT纤维不仅具有涤纶的尺寸稳定性,锦纶的柔软手感和耐磨性,而且能随外力呈现可逆的松弛-紧张状态,使其织物能随身运动,特别适用于制作游泳衣、体操服、紧身衣和弹力牛仔服。尤其是PBT纤维代替腈纶在羊毛衫领域的应用目前成为一个趋势。但是,主要原料BDO成为PBT纤维发展的控制性因素。如果想扩大PBT纤维的生产规模,推广应用市场,国内亟待扩大BDO的产业化水平。

竹浆纤维、壳聚糖等品类形成自主产权生

中国化学纤维工业协会生物基化学纤维及原料专业委员会副秘书长李德利指出,我国生物质资源储量十分丰富。用农林牧海等生物资源为原料生产化纤前景看好,也符合绿色、循环、可持续发展战略,这对于促进我国化纤工业转型升级,实现可持续发展有重要意义。

物基新型纤维素纤维包括Lyocell纤维(天丝)、竹浆纤维、麻浆纤维,我国在该领域有着重大创新。

说该类纤维便绕不开天丝,而天丝却一直是我国的软肋 。天丝是采用NMMO有机溶剂溶解和干湿法纺丝工艺制成的再生纤维素纤维。在生产过程中不形成纤维素衍生物,生产工艺比传统粘胶纤维的生产工艺简单,整个生产过程没有化学反应,比粘胶纤维生产工艺少了碱化、老成、磺化和熟成等多道工序,流程大大缩短,原材料的消耗也大大减少。尤其是其溶剂NMMO无毒,原料来自木材,纺丝溶剂的回收率约为99%,被称为绿色纤维 。但是,此工艺技术含量高且对工艺要求十分严格,主要由奥地利兰精公司控制,并对我国形成技术壁垒。

去年,保定天鹅建成了国内首条万吨级天丝生产线。今年,山东英利实业在引进奥地利先进生产技术和工艺设备基础上,进行消化吸收和再创新,建成了年产1.5万吨的天丝生产线,并推出自主品牌瑛赛尔。同时还推出用瑛赛尔面料生产的童装、家居服、家纺等终端产品,并借助互联网进行销售。但整体看,国内企业生产天丝的质量稳定性和产业化水平仍与兰精有较大差距。

如果说在天丝品类上的不给力让国内纤维企业感到郁闷,那么在竹浆纤维、壳聚糖等领域的自主知识产权则让他们扬眉吐气。

以竹浆粕为原料的竹浆纤维是我国生物基纤维行业的一大创新成果。我国自主研发了竹浆粕生产工艺和竹浆纤维生产技术和装备,总产能约12万吨/年,技术和产品国际领先。竹浆纤维产品具有天然抗菌、亲肤等性能,在儿童用品、妇女卫材、医用材料、高档服饰等领域广泛应用,主要产地为河北、河南、四川、上海等。领军企业唐山三友于2013年首创了世界新型纤维素纤维竹代尔,目前已在内衣、牛仔服等领域推广应用。

麻浆纤维是近年来我国研发成功的又一种新产品。麻浆纤维具有干湿强度高、吸湿透气性好、抑菌防霉的特性,是一种新型、健康、时尚、绿色环保的生态纺织纤维。目前我国麻浆纤维产能约5000吨/年,集中在河北、山东、云南等地。

海洋生物基纤维则包括壳聚糖纤维和海藻酸盐纤维。其中,壳聚糖纤维原料取自蟹壳、虾壳,具有天然抗菌抑菌功能,我国拥有完全自主知识产权,主要生产地为山东、天津等,产能约2000吨/年。

海斯摩尔目前拥有纯壳聚糖纤维生产的全套关键技术,其产品涵盖纤维、纱线、面料、非织造布等,纺织产品包含袜子、文胸、巾品、床品等,并生产销售海慈密语面膜及卫生巾。

利用海藻提纯的海藻酸盐经纺丝而成的海藻酸纤维,目前在我国已建成拥有自主知识产权和自行设计的产业化生产线,产能约1000吨/年。厦门百美特是海藻纤维湿法纺丝技术的代表企业,其主打产品AlgicopTM纤维具有抗静电、吸湿透气、易染色、耐洗涤、保暖性好、可纺性佳、广谱抗菌等特点,产品应用于医用抗菌敷料、抗菌面料和袜子、红外保健保暖服饰等领域。

跨界融合是原料多元和生产规模化关键

由于生物基纤维及其原料涉及一系列的生物技术、化学工业、装备制造技术等,多学科交叉,工程难度大,可以借鉴的国外经验少,因此,"十三五"期间必须强化协同创新,推进跨界融合,强化科技在发展生物基纤维中的地位和作用,加强自主创新,努力在关键共性技术、瓶颈性技术方面取得新突破。

十三五 期间,生物基化学纤维将是我国化纤工业发展的重点任务之一,也是化纤工业实现绿色制造 的重要内容。但产业要实现进一步突破,仍有几大难关需要攻克。

一是从研发、技术、工程化到产业化,科技和工程交叉复杂,所涉及到的基因技术、工业微生物、生化技术处于产业化前期基础研究阶段,难度大,流程长,关键环节较多。有实力的大企业还未成为技术创新和产业化的主体,中小型企业积极性虽高,进入快,但企业整体素质不高,产业难以做大做强。二是研发及工程化仍处于起步阶段,在研究队伍、资金投入、成果等方面均与国外存在一定差距。技术不够高导致其实际生产成本目前远高于石化方法的生产成本,产品的市场竞争力不强。三是核心知识产权技术缺乏,关键原料和技术如1,3-丙二醇、丙交酯、乳酸以及ly鄄ocell纤维生产的原料溶解和溶剂回收系统等仍受制于国外。四是虽然产品门类多,但缺乏优势品种,产业规模小且较分散,未能形成规模优势。

应对这些挑战就需要以创新思路寻求突破。李德利指出,十三五 期间,推动化纤工业跨界融合是形势所趋,应以发展生物基纤维为突破口,重点攻克生物基纤维原料多元化及规模化生产技术。而如何加快推进其产业化,多家企业负责人表示,应围绕产业技术创新链,在重点领域加快组建产业技术创新战略联盟。充分利用重点研究院所、国家重点实验室、国家级企业技术中心等技术平台,形成基础研究、技术攻关、技术推广、产业化应用互相联动的研发格局,提高行业协同创新能力。

事实上,当前国家层面也出台了一些扶持政策,促进产业发展。如国家发改委设立了《生物基材料重大工程实施方案》专项资金,重点支持生物基纤维材料的产业化及应用。

对于产业下一步的整体发展思路,李德利表示:应以推动生物基纤维产业的创新、规模化发展为核心,着力发展非粮原料,提高产业技术创新能力、规模化生产能力和市场应用能力,加快我国化纤工业转型升级和‘绿色’增长,提高生物基化学纤维的替代比例。在这个过程中,要重点培育具有较强技术开发能力和市场竞争力的‘龙头’企业。


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