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壳聚糖纤维产业化指日可待

已有 2923 次阅读 2011-7-31 22:58 |系统分类:科普集锦| 壳聚糖

     餐桌上的虾皮蟹壳可以织成漂亮的服装,这不是痴人说梦。不仅如此,今后航天材料、包扎伤口的绷带、手术缝合线、防辐射的防护服等,其原料都可能来自虾皮蟹壳。作为生物质再生多糖纤维的重要品种,源自广阔海洋的壳聚糖纤维由于资源丰富、功能优越、产品可再生可降解等特点,被越来越多的领域所关注。国内经过长时间的研究应用,已经形成了200吨/年的中试生产线并顺利投入生产,并有企业正在加快建设2000吨/年的纤维生产线,壳聚糖纤维产业化指日可待。

    壳聚糖纤维天然具备五大功能

    无毒、防霉、抗菌、阻燃、抗静电,壳聚糖纤维是少有的、同时天然具备这五大功能的纤维品种。生产壳聚糖纤维的主要原料壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物。甲壳素又名甲壳质、几丁质,主要存在于虾、蟹、昆虫外壳及菌类、藻类植物的细胞壁中。全球每年由生物合成的甲壳素多达百亿吨,可提取壳聚糖数十亿吨,是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物。甲壳素也是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。

    遗憾的是,尽管自然界存在大量的甲壳素,但估计目前全世界每年可获得的甲壳素只有15万吨,真正能生成出来的估计不过数万吨。而据专家掌握的数据显示,目前全世界生产使用的甲壳素还没有超过1万吨,主要用于医药、化妆品、保健品、食品添加剂等。

    国外对壳聚糖纤维的研究较早,始于上世纪初期。早在1926年,丹麦Knwike就首先纺制成甲壳素纤维。20世纪60年代末,日本富士纺公司的研究人员对甲壳素进行了系统研究,发现这些天然材料来源广泛且安全无毒性,特别适合制作绷带类产品,能加速伤口愈合。它们还通过动物试验证明,这种新型材料对由细菌引起的感染,具有比普通抗菌素相同或更好的疗效。

     1980年,日本美羽化学工业公司率先试制了壳聚糖纤维。20世纪90年代初期,日本最先利用壳聚糖纤维的特性,制成与棉混纺的抗菌防臭类内衣和裤袜,深受消费者青睐。其后,日本织物加工公司与旭化成纺织品公司合作,通过对接触皮肤的一侧加涂甲壳素涂层,开发了既能吸汗又能防水透湿的材料。日本富士纺织公司则开发了一种适合婴儿服面料的高湿模量粘胶纤维。这种纤维在制造过程中加入了具有保湿抗菌成分的甲壳素,可抑制微生物的繁殖,对皮肤过敏者有预防效果。此外,1999年韩国甲壳素公司也建立了壳聚糖纤维试验生产线。

    不过,这些国家和公司的壳聚糖纤维,由于种种原因目前都没有实现批量生产,反而向我国寻求相关产品。这恰恰为中国壳聚糖纤维产业的发展腾出了空间。

    国内已形成200吨/年生产线

    与国外相比,中国开发研制甲壳素纺织品的工作起步较晚。我国从20世纪50年代开始甲壳素及衍生物的制备研究,但进展较为缓慢。最初将壳聚糖作为涂料印花成膜剂,后又用作无甲醛织物的整理剂和粘合剂。而利用壳聚糖的优良生物医学特性,将其作为医用材料进行研究则是从上世纪90年代初开始的。

     20世纪90年代是我国甲壳素、壳聚糖研究和开发的全盛时期,到90年代中期,全国有上百家大专院校和科研单位投入到甲壳素的研究和开发中来。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年~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。其中最具代表性的,是山东华兴集团通过自主研发,形成了拥有自主知识产权的200吨/年甲壳素纤维生产线,并打通了下游产业链,实现了产品多元化、系列化应用。海斯摩尔(Hismer)是华兴壳聚糖纤维的商品名,寓意健康元素(Health mol)。

    华兴集团董事长胡广敏告诉记者,华兴集团对纺织化纤行业多年高速发展后必然转型升级的状况,有着清醒的认识。为此,公司早作谋划,“靠水吃水”,将目光瞄准山东丰富的海洋资源,从2006年开始试验甲壳素纤维的纺制。最终,企业使用乙酸和氢氧化钠作为溶剂,全程无毒纺丝,获得了国家发明专利。在纺丝液制备的各工序里,山东华兴采用真空溶解、离心脱泡等先进工艺;在纺丝和后处理过程中,采用超声波、微波等处理工艺,改善了纤维的性能。华兴甲壳素纤维的干断裂强度达1.5~1.8CN/dtex,干断裂伸长率≥14%,线密度偏差率≤±5%,具有优良的可纺性能,可与棉、麻、莫代尔、粘胶,羊毛、羊绒等混纺,做成各种高档功能性纺织品面料;也可与医用粘胶、涤纶等做成高档医卫防护材料。

    应用集中在三大领域

    目前,壳聚糖纤维主要应用于工业、医用和纺织品三大领域,是一种具有高技术含量和高附加值的新型纤维材料。

    在工业领域,航空航天由于关系国防安全和体现国家综合实力,无疑最受人关注。甲壳素纤维应用在航天领域已经取得了可喜成绩——华兴集团生产的特种壳聚糖纤维布,已被用在“天宫一号”、“神舟八号”上,并被确定为“中国航天专用产品”,山东华兴集团已成为“中国航天事业合作伙伴”。此外,壳聚糖纤维还可做放射物质的屏障用布、从事核工业人员的劳动防护用品,可推广做烟草工业的烟草过滤嘴材料,做净水器和特别用途的空气过滤器材料,也可以做特殊污染的防止布等。

    在纺织服装领域,壳聚糖纤维吸湿排汗、抗静电、抑菌防霉等功能性,使其特别适合作床上用品、内衣、袜子、毛巾等直接接触皮肤的产品。据胡广敏介绍,华兴集团在纺织这一领域已拥有1000多种产品,并拥有“海慈蜜语”这一养生内衣品牌,已在全国开设几十上百家品牌店,市场反映良好。

    在最能体现壳聚糖纤维良好生物特性的医疗卫生领域,应用情况也有所进展但还难以令人满意。多年从事医用新材料研究的广东百合医疗科技有限公司副总经理王晓东就向记者谈到,首先医疗卫生行业监管严格,对动物源产品信任度较低,人们(监管机构)对它的安全性、有效性和稳定性没有完全认可。比如人们对壳聚糖纤维医用敷料的关注已有十几年,但目前还没有一个成熟的产品进入敷料主流市场,这类敷料基本仍被归为三类医疗器械。其次,成本是制约扩大应用的一个重要因素。一块巴掌大的甲壳素纤维医用敷料,需要40元甚至更高价格,但并不包含在医疗保险范围,以普通人的经济实力很难承受得起。此外,他认为纤维的相关性能同样需要提高。

    胡广敏也认为,工程化、工业化是科技成果应用的关键,如此才能迅速降低成本,扩大纤维应用范围。为此,华兴集团在已拥有先进的自主技术的基础上,开始向规模化进军,2000吨/年的纯壳聚糖纤维自动化生产线目前正在加紧建设,预计今年国庆节前后建成。届时其生产规模将达到世界首位,产品质量也将获得更大提升,生产成本得以进一步降低。技术领先—规模做大—品牌垄断,是华兴发展壳聚糖纤维产品的三大步骤。

    用低粘度原料生产高强度纤维

    虽然甲壳素纤维规模化趋势喜人,产业化更是指日可待,但业内目前普遍有一种担心,就是原料问题。一些人士认为,尤其是甲壳素纤维产能达到千吨级甚至万吨级,原料瓶颈就会显得非常突出。

    天津中盛生物工程有限公司总经理周新民在壳聚糖原料行业研究了10多年,他对原料瓶颈的形成有着自己的看法。目前,国内生产的壳聚糖大部分是以虾、蟹壳为原料,每年纺织用壳聚糖纤维原料不足500吨,因受工艺技术、市场拉动等条件影响,尚处于产能低、产业化程度低的阶段。受壳聚糖纤维技术指标要求的影响,现阶段壳聚糖的生产多选用雪蟹壳为原料,因没有解决关键技术与工艺,妨碍了原料的多元化。来源:中国纺织报



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