海藻纖維新技術(shù)進(jìn)展與青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策*

青島市科學(xué)技術(shù)信息研究院,山東 青島 266003

海藻纖維被業(yè)界稱為“第三種纖維”，具有抗菌、可降解、可再生、無(wú)毒、無(wú)害、阻燃等特性，可廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)療、美容、環(huán)保、軍事等領(lǐng)域[1-2]。英國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛進(jìn)行海藻纖維技術(shù)研究及其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，中國(guó)和日本對(duì)海藻纖維的研究走在世界前列。青島具有發(fā)展海藻纖維產(chǎn)業(yè)的資源和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，青島大學(xué)經(jīng)過(guò)10余年的研發(fā)攻關(guān)，在海藻纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破[3]。但青島的海藻纖維產(chǎn)業(yè)尚處在早期發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模還十分有限，把海藻纖維產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)尚有一系列問(wèn)題需要解決。

1 海藻纖維技術(shù)進(jìn)展

海藻纖維一般應(yīng)用濕法紡絲制備。將可溶性海藻酸鹽(銨鹽、鈉鹽、鉀鹽)溶于水中形成黏稠溶液，然后通過(guò)噴絲孔擠出到含有高價(jià)金屬離子(一般為鈣離子)的凝固浴中，形成固態(tài)海藻酸鈣纖維長(zhǎng)絲[4]。海藻纖維制備工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 海藻纖維制備工藝流程

國(guó)外的海藻纖維研究起步時(shí)間早，1898年即有相關(guān)專利報(bào)道[5]，1944年英國(guó)發(fā)布了海藻酸鈣纖維生產(chǎn)技術(shù)研究成果[6]，英國(guó)、德國(guó)、日本一直走在世界前列。我國(guó)的海藻纖維研究起步較晚，但后期發(fā)展迅速，20世紀(jì)90年代尚處于對(duì)國(guó)外技術(shù)的跟蹤研究階段，進(jìn)入21世紀(jì)相關(guān)技術(shù)迅猛發(fā)展，2010年以來(lái)相關(guān)專利公開(kāi)數(shù)量出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，截至2017年8月中國(guó)以1 965件公開(kāi)專利居世界首位，表明我國(guó)對(duì)海藻纖維的研究已處于國(guó)際領(lǐng)先地位。從研究?jī)?nèi)容來(lái)看，海藻纖維的制備、吸水性、濕紡技術(shù)、抗菌、凝固浴等成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。

海藻纖維具有高吸濕性、高透氧性、生物相容性等優(yōu)良特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其性能及應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。目前，海藻纖維已在醫(yī)療、保健、環(huán)保等行業(yè)廣泛應(yīng)用，海藻纖維醫(yī)用輔料已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。國(guó)外海藻纖維生產(chǎn)企業(yè)主要有Coloplast、3M、Molnlycke、Smith & Nephew、ConvaTec等，目前市場(chǎng)上主要的海藻酸鹽纖維敷料品牌有Sorbsan、Kaltostat 、Seasorb等。國(guó)內(nèi)海藻纖維生產(chǎn)企業(yè)主要有穩(wěn)健實(shí)業(yè)深圳有限公司、廣東百合醫(yī)療科技有限公司、浙江越隆集團(tuán)藍(lán)?？萍脊镜?，它們陸續(xù)推出了各自的海藻纖維敷料品牌。近30年來(lái)，海藻纖維敷料在傷口護(hù)理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為市場(chǎng)上廣為認(rèn)可的現(xiàn)代敷料之一。

因存在強(qiáng)度低、耐酸堿性差、生產(chǎn)成本高等不利因素，海藻纖維在常規(guī)紡織品上的應(yīng)用范圍還較窄，規(guī)?；a(chǎn)還處于探索階段。國(guó)外對(duì)海藻纖維紡織品服裝的開(kāi)發(fā)推廣走在我國(guó)前面。據(jù)報(bào)道，1993年日本開(kāi)始銷售海藻纖維毛巾，2000年開(kāi)始銷售海藻纖維泳衣；2008年秘魯紡織業(yè)研制出防紫外線海藻纖維服裝，包括帽子、夾克、上衣、內(nèi)衣和泳裝[7]。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)紡織科學(xué)研究院、青島大學(xué)和武漢紡織大學(xué)等積極開(kāi)展海藻纖維相關(guān)研究。2012年，紹興藍(lán)海纖維科技有限公司的“功能性海藻酸纖維的工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目通過(guò)成果鑒定，解決了工業(yè)化生產(chǎn)海藻酸纖維過(guò)程中存在的容易并絲、強(qiáng)力低、耐堿性差等技術(shù)難點(diǎn)，并自主設(shè)計(jì)研發(fā)了適用于海藻類纖維的規(guī)?；a(chǎn)線[8]。青島大學(xué)歷經(jīng)10余年的不懈探索，攻克了海藻纖維工業(yè)化生產(chǎn)的系列關(guān)鍵技術(shù)難題，于2012年鋪設(shè)了年產(chǎn)量800 t的海藻纖維專用生產(chǎn)線。2016年，青島大學(xué)夏延致團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“海藻纖維產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)及裝備”集理論創(chuàng)新、工藝技術(shù)創(chuàng)新、裝備集成創(chuàng)新為一體，建成了產(chǎn)業(yè)化海藻纖維生產(chǎn)線，為海藻纖維在服用紡織品領(lǐng)域的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[9]。

另外，在海藻纖維服裝制品的應(yīng)用上，我國(guó)紡織服裝企業(yè)積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化探索。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的海藻纖維制品大體上可分為紡織品、化妝品、衛(wèi)生用品、醫(yī)療用品等類別(表1)，相關(guān)廠家主要分布在青島、深圳、廣州、廈門、上海、濟(jì)南、佛山、溫州、金華、杭州等地(表2和表3)。

表1 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的海藻纖維制品

表2 國(guó)內(nèi)海藻纖維主要上中游企業(yè)

表3 國(guó)內(nèi)海藻纖維主要下游企業(yè)

(續(xù)表)

2 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)研發(fā)資源

青島海藻纖維主要研究機(jī)構(gòu)包括青島大學(xué)和中國(guó)海洋大學(xué)兩家。另外，西安交通大學(xué)青島研究院、中國(guó)科學(xué)院海洋研究所、中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所、山東省紡織纖維檢驗(yàn)所、山東省海洋生物研究院等機(jī)構(gòu)，也具備一定的研究能力。青島海藻纖維主要人才團(tuán)隊(duì)包括青島大學(xué)夏延致團(tuán)隊(duì)和青島明月海藻集團(tuán)有限公司秦益民(泰山學(xué)者)團(tuán)隊(duì)。青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)科研資源見(jiàn)表4。

表4 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)科研資源

2.2 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源

青島擁有全球最大的海藻生物制品企業(yè)——青島明月海藻集團(tuán)有限公司，以及青島紅妮品牌管理有限公司等重點(diǎn)企業(yè)。依托這些重點(diǎn)企業(yè)建立的高端科研平臺(tái)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)，為青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。高端科研平臺(tái)有依托青島明月海藻集團(tuán)有限公司的海藻活性物質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、依托青島大學(xué)的山東省高校海洋生物質(zhì)纖維新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、依托中國(guó)海洋大學(xué)的海水養(yǎng)殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)包括國(guó)際合作基地、產(chǎn)業(yè)化基地、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、科技企業(yè)孵化器、科技創(chuàng)新中心等。青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源見(jiàn)表5。

表5 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源

(續(xù)表)

2.3 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)

2.3.1 充足的資源優(yōu)勢(shì)

海帶是高品質(zhì)海藻纖維的主要原料。20世紀(jì)60年代，青島掀起了中國(guó)海水養(yǎng)殖的第一次浪潮，中國(guó)海帶養(yǎng)殖從零開(kāi)始，一躍成為世界第一。山東成為中國(guó)傳統(tǒng)的海藻產(chǎn)業(yè)大省，在海藻資源、產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面處于全國(guó)領(lǐng)先地位。在全國(guó)52家“褐藻膠”相關(guān)制造企業(yè)中，山東43家(占82.7%)，其中青島22家(占42.3%)。豐富的海藻資源為青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了充足的原材料。

2.3.2 顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

青島海藻纖維技術(shù)研發(fā)實(shí)力雄厚，擁有青島大學(xué)和中國(guó)海洋大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，以及夏延致、朱平、紀(jì)全、隋坤艷、譚業(yè)強(qiáng)等一大批頂尖專家，并形成了以夏延致和秦益民為核心的兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)：青島大學(xué)夏延致研究團(tuán)隊(duì)和青島明月海藻集團(tuán)有限公司秦益民(泰山學(xué)者)研究團(tuán)隊(duì)。青島大學(xué)公布的相關(guān)專利和論文數(shù)量均位居世界首位：在全球排名前23位的專利申請(qǐng)人中，青島有3家，青島大學(xué)以57件專利列于榜首；在全球排名前25位的發(fā)明人中，青島有10位，青島大學(xué)以34件專利位居首位；從論文發(fā)表數(shù)量看，青島大學(xué)以154篇論文排在國(guó)內(nèi)首位，青島大學(xué)的朱平、夏延致、紀(jì)全位居前列。青島大學(xué)夏延致研究團(tuán)隊(duì)致力于海藻纖維產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)及裝備的研發(fā)，研究成果獲得2016年度山東省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，在“紡織之光”2016年度中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技教育獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上榮獲2016年度中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

2.3.3 廣闊的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間

青島建立了世界最大的海藻纖維生產(chǎn)基地，海藻纖維年產(chǎn)量可達(dá)800 t，形成了從海藻養(yǎng)殖、海藻化工、海藻纖維制備到海藻纖維織品生產(chǎn)研發(fā)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，上下游企業(yè)積極參與，呈現(xiàn)出龍頭企業(yè)引領(lǐng)、大中型企業(yè)穩(wěn)步發(fā)展、中小型企業(yè)持續(xù)涌現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。龍頭企業(yè)有青島明月海藻集團(tuán)有限公司、眾地家紡有限公司等，大中型企業(yè)有青島聚大洋藻業(yè)集團(tuán)有限公司、青島紅妮品牌管理有限公司、青島海大生物集團(tuán)有限公司等，以技術(shù)應(yīng)用為主的中小型企業(yè)有青島奈琦爾生物科技有限公司、青島黃海海藻工業(yè)公司、青島南山海藻有限公司等。

3 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題

雖然在科研和技術(shù)上占據(jù)領(lǐng)先地位，但青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)尚處在早期發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模還十分有限，要把海藻纖維產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，還面臨諸多問(wèn)題。

3.1 制造成本較高，應(yīng)用范圍狹窄

海藻纖維因具有止血、防輻射等特殊功能被應(yīng)用于醫(yī)療紡織品、特種紡織品等領(lǐng)域，成為天然纖維的優(yōu)良替代品，但是受設(shè)備及工藝制約，海藻纖維的制造成本較高，這使其應(yīng)用人群和應(yīng)用范圍受到限制，阻礙了海藻纖維的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前，醫(yī)用海藻纖維制品多用于嚴(yán)重?zé)齻∪耍胀ǖ耐鈧∪诉€沒(méi)有機(jī)會(huì)使用這樣高端的醫(yī)用紡織材料。海藻纖維服裝產(chǎn)品的銷售范圍比較狹窄，主要集中在一、二線大城市，消費(fèi)人群數(shù)量有限。所以，擴(kuò)大海藻纖維在日常紡織服裝產(chǎn)品上的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)海藻纖維產(chǎn)業(yè)化的重要途徑[10]。

3.2 質(zhì)量不穩(wěn)定，影響產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

當(dāng)前針對(duì)海藻纖維專用紡絲原料的研究還較少，以及對(duì)海藻酸專用監(jiān)測(cè)及控制手段還較缺乏，這導(dǎo)致我國(guó)海藻纖維質(zhì)量還不穩(wěn)定，如紡織用海藻纖維存在強(qiáng)度較低、脆性大、柔韌性較差、彈性低、色澤差等問(wèn)題，醫(yī)用海藻纖維傷口被覆材料的抗菌性能、穩(wěn)定性有待提高。這些質(zhì)量問(wèn)題在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍，阻礙了海藻纖維的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

3.3 產(chǎn)業(yè)鏈不完善，工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備不足

青島關(guān)于海藻纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的研究還較少，從事海藻纖維研究的專家、學(xué)者大多不懂機(jī)械設(shè)備，海藻纖維生產(chǎn)多集中在中試水平。想要實(shí)現(xiàn)海藻纖維的連續(xù)化生產(chǎn)，工業(yè)化設(shè)備還不足。目前，邯鄲宏大化纖機(jī)械有限公司是唯一一家能生產(chǎn)海藻纖維成套技術(shù)及裝備的企業(yè)，但其生產(chǎn)能力還不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。

3.4 大規(guī)模生產(chǎn)存在技術(shù)和工藝障礙

青島在海藻纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但在大規(guī)模生產(chǎn)方法和技術(shù)手段上尚有不足，比如傳統(tǒng)濕法紡絲工藝在小規(guī)模生產(chǎn)中效果較好，但應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)效果不理想，相關(guān)技術(shù)還需改進(jìn)。

3.5 高端產(chǎn)品少，同類產(chǎn)品市場(chǎng)占有率低

青島已開(kāi)發(fā)的海藻纖維產(chǎn)品，多為男女式內(nèi)褲和防霧霾口罩，高端產(chǎn)品少，同類產(chǎn)品市場(chǎng)占有率低，如青島海藍(lán)生物制品有限公司的“深海藍(lán)晶”高端內(nèi)衣只是小批量生產(chǎn)，青島明月海藻集團(tuán)有限公司的“深藻密語(yǔ)”衛(wèi)生巾尚在產(chǎn)品宣傳階段，東嵐高科(青島)有限公司的海藻造紙未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，青島奈琦爾新材料有限公司的“海之凈純”衛(wèi)生巾和口罩只在淄博生產(chǎn)，海爾集團(tuán)的海藻口罩只在上海生產(chǎn)。青島生產(chǎn)的海藻纖維床上用品、洗浴用品、化妝品尚未形成規(guī)模，海藻纖維高檔運(yùn)動(dòng)服、防護(hù)服、海藻絨玩具更是鮮有問(wèn)津，海藻纖維戰(zhàn)傷急救醫(yī)用敷料、軍事防護(hù)裝備有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

3.6 原料供應(yīng)不穩(wěn)定

海帶是高品質(zhì)海藻纖維的主要原料，近幾年由于海帶種質(zhì)退化、海帶新品種的培育工作滯后，以及傳統(tǒng)養(yǎng)殖水域空間萎縮，海帶產(chǎn)量出現(xiàn)波動(dòng)，山東海帶總產(chǎn)量已不及福建，導(dǎo)致青島海藻纖維原料供應(yīng)不穩(wěn)定，影響了青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

4 青島海藻纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議與對(duì)策

4.1 積極研發(fā)高品質(zhì)海藻纖維

鼓勵(lì)相關(guān)科研院所和重點(diǎn)企業(yè)在不斷完善海藻纖維制備技術(shù)的同時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注紡絲成形集成技術(shù)、海藻酸纖維載銀技術(shù)和共混海藻纖維、海藻復(fù)合纖維技術(shù)等的研發(fā)，積極開(kāi)展技術(shù)合作、技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)攻關(guān)，大力發(fā)展海藻纖維生產(chǎn)裝備，不斷提升海藻纖維品質(zhì)。

4.2 大力發(fā)展海藻化工

制定纖維級(jí)海藻酸鈉標(biāo)準(zhǔn)，并以海藻酸鈉為主要產(chǎn)品，發(fā)展新型海藻化工，提升海藻酸鈉品質(zhì)，提高海藻原料利用率，積極開(kāi)發(fā)海藻化工副產(chǎn)品，不斷完善工藝規(guī)程，減少用水量，降低化工生產(chǎn)污水COD排放，促進(jìn)新型海藻化工的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 拓展海藻纖維應(yīng)用領(lǐng)域

依托青島明月海藻集團(tuán)有限公司、青島聚大洋海藻工業(yè)有限公司、青島紅妮集團(tuán)有限公司等龍頭骨干企業(yè)，積極推進(jìn)海藻纖維制品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，鼓勵(lì)具有潛力的中小企業(yè)參與海藻纖維及其制品的研發(fā)與生產(chǎn)，支持海藻纖維相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)高檔服裝及床上用品、化妝及衛(wèi)生用品、防護(hù)服裝及裝備、高品質(zhì)醫(yī)用敷料等海藻纖維高端產(chǎn)品。

4.4 拓寬海藻纖維原材料供應(yīng)渠道

積極開(kāi)展海帶新品種的培育工作，有效抑制海帶種質(zhì)退化，做好海帶苗種供應(yīng)，提高良種覆蓋率。

探索科學(xué)的海帶養(yǎng)殖模式和收獲模式，促進(jìn)海帶養(yǎng)殖集約化生產(chǎn)。積極推廣藻類增殖修復(fù)技術(shù)，推進(jìn)海藻養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展。