纤维新材料及应用-7生物质纤维

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1、生物质纤维天然生物质 人造生物质 合成生物质一、聚乳酸纤维原料来源：淀粉及其他含有葡 萄糖的化合物。（一）聚乳酸的聚合方法淀粉经过发酵，制取乳酸。乳酸直接聚合间接聚合 聚乳酸熔融温度较低，一般采用熔 体纺丝制取。（二）性能1.力学性能接近涤纶，具有较 高的强度和断裂伸长率，初始模量 高于大多数合成纤维。2.热学性质。熔融温度低。燃烧热 小，限氧指数较高，2525%。二氧 化碳排放量低。3.吸湿性和染色性较差，但比涤纶 要好，分散染料100C即可染色。4.安全性5.生物可降解性6.抗菌性好（三）用途医疗：缝合线、创伤保护材料，内 脏修补材料，骨折部位固定材料。林业：防草袋、防兽网 农业：寒冷纱、

2、捆绑绳、防虫网 渔业 衣料 家用二、PTT纤维聚对苯二甲酸丙二酯纤维。原料：对苯二甲酸二甲酯和1,3丙二 醇（可以从生物玉米工艺路线获取 ）。性能对比：PTT PET PBT 断裂强度 2.5-4.0 4.0-6.0 2.5-4.5 断裂伸长率 20-30 15-25 20-40 初始模量 20-40 80-140 18-35 熔点 228 265 220 玻璃化温度 48 69 30 回潮率 0.2-0.5 0.2-0.5 0.2-0.5防污性能好，易染色，手感柔软， 悬垂性能好。具有“奇碳效应”，分子链呈螺旋 状，弹性回复率很高。20%的变形 ，100%恢复，连续拉伸10次，均可 达到该回

3、复率。 三、PHA纤维是一类由各种微生物（如土壤细菌、蓝 藻、转基因植物等）产生的生物相容可 降解的全生物高分子。这类可熔融纺丝 生产PHA纤维，工艺路线环保，污染少 。目前纤维加工的难点在于PHA脆性较 大、机械性能差和可加工温度范围窄。四 人造蛋白质纤维以各种蛋白质为原料生产的纤维。 1935-1936年曾工业化生产，50年 代停止。基于人造蛋白的分子与人体肌肤相 同，再度引起兴趣。（一）人造乳酪纤维 人造牛奶纤维、人造酪素纤维很多性能类似羊毛。 回潮率14%。 密度1.29。 断裂强度0.7-0.89cN/dtex. 热性能较差。制法： 撇除奶油，加热至40，加酸使蛋 白凝固，分离液体获

4、得乳酪，精制 干燥后，即为乳酪纤维的原料，约 为3%。经稀碱溶液溶解制成纺丝液，凝 固浴为稀硫酸和硫酸钠。经牵伸等 后处理制成。（二）人造大豆蛋白纤维纤维光泽柔和，具有蚕丝样的天 然光泽和悬垂感；纤维柔软、蓬松 、密度小、吸湿性好、透气穿着性 好。日光稳定性好。弹性较差。 大豆榨油后的豆粕为原料，用浸泡 法提取植物蛋白，进行纯化后，使 部分蛋白质与含羟基的高分子物发 生接枝共聚，进而与聚乙烯醇制备 共混纺丝液进行湿法纺丝。 （三）人造玉米蛋白纤维酰胺氮含量较高，用甲醛硬化处理 后纤维的稳定性较好。在水或稀碱 溶液中的膨润度较小，相应大分子 长链上所带的支链也较少，初生丝 拉伸时容易取向，热稳定

5、性好。性能比较玉米蛋白 酪素蛋白 花生蛋白 相对密度 1.25 1.29 1.24 标准回潮率 10 14 12-15 干态断裂强度 0.88-1.06 0.7-0.89 0.71 湿态断裂强度 0.62 0.3-0.45 - 干态断裂伸长率 32 30 30 湿态断裂伸长率 35 34 -制法70%异丙醇为抽提液，提取玉米 蛋白，用水稀释提取液，玉米蛋白 沉淀析出；分离出的蛋白质经清洗 干燥后，溶于稀碱溶液中，加入少 量尿素和甲醛，配成纺丝液，湿法 纺丝。 预硬化拉伸200%-300%，再硬化。 （四）人造花生蛋白纤维理化性能与其他人造蛋白纤维相同 ，纤维断裂强度低，干湿态强度差 很大。制法

6、：花生仁磨碎，有机溶剂萃除脂肪， 之后稀碱溶液浸泡，提取出花生蛋 白，随后调节提取液的pH值至4.5 ，花生蛋白沉析，约有42%。用 0.5%氢氧化钠溶解制成含蛋白质 20%-30%的纺丝液，湿法纺丝。（五）人造蜘蛛丝纤维多肽链组成，结构很复杂。蜘蛛丝是由一些原纤纤维束组成， 原纤又是由几个厚度为120nm的微 原纤组成，微原纤是由蜘蛛丝蛋白 构成的高分子化合物。蜘蛛丝蛋白的氨基酸以甘氨酸和丙 氨酸为主，二者约占70%，还有丝 氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和 络氨酸等。蜘蛛丝具有很高的强度，比芳纶还 高，是钢的5-10倍。蜘蛛丝的弹性 和韧性都很好，耐冲击性强。耐低温性好，-40仍保持其弹性

7、。生物可降解，不会对环境造成污染 。 防弹背心优于芳纶。 坦克飞机的装甲。 宇航服。 医疗方面，与人体具有相容性，可 以用作高性能生物材料。筋腱、韧 带、器官、组织修复、伤口处理、 手术缝合。采用基因工程方法生产人造蜘蛛丝 ，正在探索中。搞清基因序列，建立模型，生产出 合成基因，移植给动物、植物或微 生物，复制蜘蛛丝蛋白，进行分离 提纯溶解纺丝，生产出性能优良的 人造蜘蛛丝。（六）蚕蛹蛋白复合纤维（七）再生动物毛蛋白纤维五、甲壳素纤维由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻 类细胞壁中提取。甲壳素与纤维素的结构十分相似， 第二碳位上羟基被乙酰基（-NHCOCH2）脱乙酰基后被氨基取代则为壳聚糖 。 节肢

8、动物，主要包括甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素20%30%， 高的达58%85%；其次是昆虫纲，如蝗、蝶、蚊、蚕等蛹壳中含甲壳 素20%60%；多足纲如马陆、蜈蚣等； 软体动物，主要包括双神经纲如石鳖，腹足纲如鲍，蜗牛等， 头足纲如乌贼、鹦鹉等，甲壳素含量为3%26%； 环节动物，包括原环虫纲如角蜗牛，毛足纲如沙蚕，蚯蚓和蛭 纲如蚂蟥三纲，有的含甲壳素极少，但高的含20%38%； 原生动物，简称原虫，也叫单细胞动物，包括鞭毛虫纲如锥体 虫，肉足纲如变形虫，纤毛虫纲如草履虫等； 肛肠动物，包括水螅虫纲如中水螅、筒螅等，钵水母纲和珊瑚 虫纲等； 海藻，主要是绿藻； 真菌，包括子囊菌、担子菌、藻菌等，含

9、甲壳素从微量到45% 不等，只有少数真菌如Olmycetes和Trichomycetes不含甲壳素； 动物的关节、蹄、足、的坚硬部分，以及动物肌肉与骨接合处 均有甲壳 素存在。 性能：干态强度1.5cN/dtex; 打结强度0.44-1.32； 标准回潮率13%-14%。（1）优异的生物医学功能甲壳素的结构与人体内的氨基葡萄糖的 构成相同，而且具有类似于人体骨胶原组 织结构，这种双重结构赋予了它们极好的 生物医学特性。即它对人体无毒无刺激，可被人体内的溶 菌酶分解而吸收，与人体组织有良好的生物相容性，它具有抗菌、 消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等功能。是理想的医用高分子材 料，广泛用于制造特殊

10、的医用产品。国外，尤其是日本和美国已用 它来制造人造皮肤、可吸收缝合线、血液透析膜和药物缓释剂以及各种医用敷料等。 （2）可生物降解 原料采用虾、蟹类水产品的废弃 物，可减少对环境的污染，另一方面 甲壳素纤维的废弃物又可生物降解， 不会污染周边环境。所以甲壳素纤维又被称为绿色纤维。 （3）优良的吸湿保温功能 甲壳素纤维存在大量的羟基（OH ）和氨基（NH2）等基团。故纤维 有很好的亲水性和很高的吸湿性。在不同的成形条件下，其保水值均在 130%左右。 （4）较好的可纺性 强度偏低，在一定程度上影响了 甲壳素纤维的成纱强度。纯纺困难， 通常混纺。有待改进。具有优良的染色性能，可采用直接、 活性、

11、还原、碱性及硫化等多种染料 进行染色，且色泽鲜艳。 （5）保健功能（1） 抗菌除臭功能。 （2） 对皮肤的护理功能。 （3） 对过敏性皮肤的辅助治疗功能 。 （4） 对环境的保护功能。 （5） 抗静电功能。 制法：甲壳素溶于氨基酸溶剂制成纺丝液 ，纺丝后进入乙醇溶液凝固浴。经拉 伸、洗涤、干燥。应用：人造皮肤，进入人体，10天左右 即可被降解并由人体内排出。香烟过滤嘴，截留尼古丁能力强。化妆面膜，卫生巾等。六、新型再生纤维素纤维（一）新溶剂型纤维天丝 Lyocell Tencel Newcell生成过程无污染。NMMO是一种环状叔胺氧化物。室温下为固体，熔点170，化学性 能不太稳定，易吸水合

12、成多个分子 的水合物。 NMMO可以与水结合形成一定组成 的高度溶解能力的体系，具有较好 的稳定性。1.溶解方法：（1）两步法：先将纤维素、适量 水和NMMO在不溶解的温度下研磨 ，均匀分散。造粒后立即送入螺杆 快速溶解。（2）直接溶解法将纤维素、过量水和NMMO配成淤 浆置于贮槽中均匀搅拌，使纤维素 充分溶胀，然后进入螺杆。2.纤维结构分子链-晶胞-基原纤-微原纤-原纤- 纤维。近似圆形的截面，无皮芯结构，结 晶度为普通粘胶的1.7倍，非晶区取 向度高于粘胶，规整性好，平均分 子量高于粘胶。3.纤维性能（1）力学性能Lyocell 高湿模量 粘胶纤维 干强 3.8-4.2 3.4-3.6 2

13、.0-2.6 湿强 3.4-3.8 1.9-2.1 1.0-1.5 干伸长 14-16 13-15 20-25 湿伸长 16-18 13-15 25-30 湿模量 270 110 50（2）原纤化性能 使用加工过程中，特别是在碱性湿 态条件下，机械外力作用，纤维劈 裂成直径1-4微米的微细纤维。原因：结晶度高、取向度大，横向结合力 弱，（3）吸湿性能Lyocell 高湿模量 粘胶 回潮率 11.5 12.5 13保水能力 65 75 90（4）热学性能分解温度高于普通粘胶。 热失重现象相对轻微。 干热及沸水收缩率低，织物仅为 2%。 4.应用与粘胶纤维相同。牛仔布系列 套装休闲系列 衬衫 非织

14、造布 产业用 （二）竹浆纤维提取竹子中的纤维素，再经制胶、纺丝 等工序制造而成的再生纤维素纤维。由于竹子在生长过程中具有良好的抗菌 性，能保留一定有效的抗菌成分“竹醌” ，就能体现出良好的抗菌性能。（三）再生麻纤维以麻为原料制取的再生纤维素纤维 。初始模量较高。 七、天然彩色棉（一）概况 古老而又新兴的天然纤维。4000年以上的历史。 第二次世界大战，染料短缺时，曾经 种植。后因廉价化学染料的发展，以及白棉 的优异性能而使其失去商业化价值。环保意识的提高以及新品种的培育使 其重新回归。特点：无需染色。主产地：美国、中国、俄罗斯、印度 、乌兹别克等。价格约为白棉的3倍。主要颜色：棕色（深棕、浅棕）绿色淡红、淡黄、浅褐色、紫 色等。（二）主要品质亩产接近白棉，衣分率低。长度27mm左右，较短。成熟度较低，细度在8500公支 以上。强度低，1.95cN/dtex,约为白棉 的二