植物化再生合成材料的未來(lái)

1664年，英國(guó)著名科學(xué)家羅伯特·胡克（Robert Hooke）提出了“植物被蠶吃掉可紡成絲”的理念，業(yè)界稱(chēng)這是對(duì)蠶飽食后可紡絲這一生物過(guò)程過(guò)度簡(jiǎn)單化。盡管如此，再生纖維素纖維，即人造纖維的出現(xiàn)，給予了女性服裝和技術(shù)紡織產(chǎn)業(yè)支持，由于二戰(zhàn)時(shí)期的強(qiáng)制限制，其發(fā)展受到抑制。因這種纖維能發(fā)出太陽(yáng)般的光澤，激發(fā)了“人造纖維”的靈感，使其成為合成纖維產(chǎn)業(yè)希望的化身。20世紀(jì)初，粘膠纖維進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)。

對(duì)可持續(xù)合成產(chǎn)品的需求

循環(huán)紡織經(jīng)濟(jì)利用再生棉織物的強(qiáng)化型纖維素為可持續(xù)性制造提供解決方案。對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行機(jī)械紡織處理后，另一種合成纖維產(chǎn)業(yè)也隨之誕生，但它卻對(duì)全世界的土質(zhì)和水生態(tài)系統(tǒng)造成了威脅，尤其是隨著纖維生產(chǎn)速度超過(guò)天然纖維的降解速度，以及不可降解的合成纖維大量涌入，它對(duì)地球環(huán)境產(chǎn)生了不言而喻的影響。人類(lèi)該如何阻止這種全球性污染？我們賴(lài)以生存的食物是否也能以微纖維和塑料化物質(zhì)為食？

目前人類(lèi)所能做的，是選擇對(duì)紡織產(chǎn)品進(jìn)行負(fù)責(zé)的消費(fèi)和回收利用。胡克的理念或能引發(fā)另一場(chǎng)變革，因?yàn)榧徔検袌?chǎng)中充斥著生物可降解合成材料，其物理性與大多數(shù)普通合成材料呈相互競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。除了操縱其性能外，我們還需負(fù)責(zé)地獲取可再生生物材料，采用綠色生產(chǎn)技術(shù)。此外，制造商需確?？缮锝到獠牧系哪途眯圆⒆尯铣刹牧蠐碛邢喈?dāng)?shù)膹?qiáng)度。

由于這一領(lǐng)域的出現(xiàn)，聚合物科學(xué)家和紡織纖維工程師應(yīng)運(yùn)而生。在他們的努力下，這一領(lǐng)域獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，并擁有了舉足輕重的地位。聚合物科學(xué)從化學(xué)、物理和生物學(xué)學(xué)科中誕生出來(lái)，卻不屬于其中任何一個(gè)領(lǐng)域，于是有了這樣的專(zhuān)業(yè)——聚合物學(xué)?，F(xiàn)在，聚合物學(xué)通過(guò)綠色制造來(lái)創(chuàng)造新的紡織纖維。為了解決全球性纖維污染所帶來(lái)的問(wèn)題，人類(lèi)需認(rèn)真考慮生物可再生樹(shù)脂和相關(guān)加工步驟，最大限度減少合成纖維產(chǎn)業(yè)對(duì)環(huán)境的影響。對(duì)此，聚合物學(xué)扮演著十分重要的角色。

可再生生物材料創(chuàng)造新的條件

可再生生物材料必須從收獲的軟木和棉花中得到嗎？可利用不可食用的農(nóng)業(yè)廢料做原料嗎？人類(lèi)社會(huì)能否更好地利用種植作物，將廢棄農(nóng)副產(chǎn)品用于增值產(chǎn)品？事實(shí)證明，秸稈、谷殼和作物莖稈等廢棄副產(chǎn)品也的確能合成聚合物。使用這些生物材料可使廢棄物變?yōu)樵偕a(chǎn)品，這就相當(dāng)于更有效地利用了農(nóng)業(yè)用地和水資源。由此看來(lái)，創(chuàng)新的潛力無(wú)處不在。

美國(guó)北卡州（NC State）威爾遜學(xué)院福特研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行再生纖維和纖維加工用生物添加劑的產(chǎn)業(yè)協(xié)作和相關(guān)研究，他們努力應(yīng)對(duì)上述提及的挑戰(zhàn)。如，從衣物回收得到再生纖維。美國(guó)泰頓（Tyton）生物科技公司通過(guò)水熱技術(shù)生產(chǎn)而得到再生纖維素纖維。其原理是，加熱過(guò)程中添加了一種綠色反增塑劑葡萄糖酸，這種纖維的干模量增加了4.8倍（未加入添加劑的纖維為129克/旦），濕模量顯著增加了1.75倍（原為80克/旦）。

反增塑技術(shù)是塑料工程師用來(lái)給模制塑料和薄膜的模量改性并使其具有拉伸性的一種技術(shù)，雖然其研究程度還低于塑化技術(shù)，但卻改善了加工用聚合物的流動(dòng)性，這尤其適用于新型纖維制造業(yè)。BPA，即雙酚A，曾被禁用于食物容器以及嬰幼兒使用的塑料制品，是一種很不受歡迎的反增塑劑。目前，因消費(fèi)者擔(dān)心其致癌，因此“無(wú)BPA”的塑料產(chǎn)品在市場(chǎng)更受歡迎。

雖然纖維產(chǎn)業(yè)不乏反增塑化，但業(yè)界一直沒(méi)能真正認(rèn)識(shí)它。一些添加劑通過(guò)二次粘合與基體聚合物共結(jié)晶，將其摻入可能增加紡織纖維的模量，這種在聚合物和葡萄糖酸（其中一種有4個(gè)羥基組的六碳二羧酸）之間發(fā)生相互作用。

美國(guó)卡萊昂（Kalion）工業(yè)生物技術(shù)公司通過(guò)綠色發(fā)酵技術(shù)，得到有機(jī)合成葡萄糖酸。這種葡萄糖酸添加劑將反塑化劑提升為聚合物類(lèi)型，它需要符合相關(guān)等級(jí)并符合相關(guān)的加工條件。這種葡萄糖酸添加劑的分子結(jié)構(gòu)表明，并非所有反塑化作用都一定包含芳香族聚合物，而在歷史上，芳香族小分子也曾被用作反增塑劑。

依賴(lài)聚合物科學(xué)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

自然界中也有豐富的芳香族反塑化劑，它存在于植物的細(xì)胞壁中，即植物生命的接合劑——木質(zhì)素。在紙漿和紙張加工過(guò)程中，業(yè)界可從木纖維素中提取木質(zhì)素，但非所有木本植物中都含有木質(zhì)素。如何將木質(zhì)素紡制成高增值產(chǎn)品也存在諸多挑戰(zhàn)，包括如何將其紡成商業(yè)纖維，改善其與其他樹(shù)脂的相容性，以生產(chǎn)出具有合理強(qiáng)度的生物合成物，并真正在高木質(zhì)素含量下實(shí)現(xiàn)反塑化。

通過(guò)科學(xué)化的聚合物紡織方法，福特團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)生物合成纖維中20%～50%的木質(zhì)素化，且不減少其拉伸模量，而對(duì)其進(jìn)行了改善。業(yè)界的長(zhǎng)期目標(biāo)是與工業(yè)界合作，獲得以木質(zhì)素纖維為主的碳纖維。

合成纖維產(chǎn)業(yè)因此受到自然界的啟發(fā)，其發(fā)展也受自然潮流的激勵(lì)。21世紀(jì)紡織纖維產(chǎn)業(yè)業(yè)已成熟，現(xiàn)在可采用有機(jī)原料和過(guò)去廢棄的原料做來(lái)源。如何制造可持續(xù)的新合成纖維，要實(shí)現(xiàn)循環(huán)紡織經(jīng)濟(jì)，這需要業(yè)界合作，也需要廣大消費(fèi)者參與。若能對(duì)可回收材料進(jìn)行分類(lèi)，那么它所起的潛在作用將無(wú)與倫比。雖然這些目標(biāo)看起來(lái)很高大上，但要使再生纖維產(chǎn)業(yè)化，業(yè)界追根到底需要?jiǎng)?chuàng)新，且需要落實(shí)到聚合物學(xué)上來(lái)。

（據(jù)美國(guó)高級(jí)紡織資源網(wǎng)https://advancedtextilessource.com/2020/01/27/the-future-with-plant-regenerated-synthetics/近期資料）