生物可降解材料在服裝行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

洪巖， 包惠穎， 吳波

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院 ，江蘇 蘇州 215021，2. 牛頓商學(xué)院 商業(yè)管理系，廣東 深圳 518000)

服裝產(chǎn)業(yè)已成為除了石油產(chǎn)業(yè)以外的第二大污染產(chǎn)業(yè)[1],服裝行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度日益提高。與其他行業(yè)相比，服裝行業(yè)生產(chǎn)加工的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生各種生態(tài)問(wèn)題，其中尤為突出的是微塑料問(wèn)題。生物可降解材料作為一種更加清潔、高效、環(huán)保的材料，可以減輕服裝行業(yè)對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響。雖然對(duì)生物可降解材料的研究已經(jīng)有一定成果，但就服裝領(lǐng)域而言，很多因素限制了生物可降解材料的適用性。文中對(duì)服裝行業(yè)生物可降解材料進(jìn)行系統(tǒng)綜述，通過(guò)分析其研究趨勢(shì)，為今后的研究和創(chuàng)新提供一定參考，以使更多的可降解材料從實(shí)驗(yàn)室走出來(lái)，投入到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中。

1 生物可降解材料的分類(lèi)

生物可降解材料[2]是指在自然環(huán)境中，經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)和微生物過(guò)程，最終分解成水、二氧化碳和生物質(zhì)的材料。生物可降解材料按其合成方法可分為天然可降解材料、再生生物可降解材料以及合成生物可降解材料。生物降解纖維與傳統(tǒng)纖維相比，手感柔軟，對(duì)皮膚的親和性好，通常用于制作內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)服和醫(yī)用材料[3]。

1.1 天然可降解材料

天然纖維包括來(lái)自動(dòng)植物的可降解天然高分子物質(zhì)，它們比傳統(tǒng)合成纖維更容易被降解。天然纖維由于其可再生、可生物降解和環(huán)保的特性，在復(fù)合材料和紡織工業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[4]。天然可降解材料包括天然植物和動(dòng)物纖維，如棉、麻、羊毛、絲等，棉、麻纖維廣泛應(yīng)用于各類(lèi)服裝中，蠶絲纖維主要應(yīng)用于高檔內(nèi)衣、禮服中，羊毛纖維多用于各種內(nèi)衣、外衣中。棉、絲、皮革和羊毛無(wú)疑是制作服裝的良好材料，但近幾十年來(lái)服裝產(chǎn)量的激增給這些有限的資源帶來(lái)了巨大的壓力，所以研究人員開(kāi)始從更廣泛的渠道中獲取纖維原料，包括食品垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物、藻類(lèi)等。

1.1.1Piatex纖維 皮革一直是最受爭(zhēng)議的面料之一，慶幸的是近年來(lái)有越來(lái)越多的替代品出現(xiàn)。Piatex[5]是一種由菠蘿葉纖維制成的純素食皮革，是目前市場(chǎng)上最受歡迎的可持續(xù)材料之一。菠蘿葉纖維面料的色牢度和耐曬性能優(yōu)于牛軟革。由菠蘿葉制成的天然織物可與皮革結(jié)合，用于制造多品類(lèi)的服裝[6]。Piatex自2016年商業(yè)化以來(lái)，已經(jīng)被500多個(gè)品牌采用，其中包括Trussardi，Rombaut，Hugo Boss等。2017 年，意大利超模伊娃·洛克波諾(RICCOBONO E)身穿以Piatex定制的Trussardi禮服亮相綠毯時(shí)尚大獎(jiǎng)；2019 年，巴黎鞋履品牌Rombaut推出了多款混合了Piatex的鞋子；2019年，德國(guó)時(shí)尚品牌Hugo Boss推出了一款由Piatex菠蘿皮革制作的男士運(yùn)動(dòng)鞋。

1.1.2Vegea textile纖維 Vegea textile[7]纖維由意大利生物材料公司Vegea制造，是一種使用葡萄皮、葡萄藤及葡萄籽等葡萄酒副產(chǎn)品生產(chǎn)的類(lèi)皮革材料。在生產(chǎn)過(guò)程中，Vegea textile不使用任何有毒化學(xué)試劑，減少了對(duì)環(huán)境的影響。服裝品牌& Other Stories使用Vegea textile制作了涼鞋與包袋；H&M等企業(yè)將其用于制作鞋類(lèi)、皮包、高級(jí)定制禮服等。

1.1.3柑橘纖維 柑橘纖維[8-11]是由柑橘汁制成的絲狀纖維織物，類(lèi)似于黏膠纖維，可與絲綢和棉混紡制成柔軟絲滑的面料，這一技術(shù)“拯救”了每年在意大利丟棄的70萬(wàn)t橘皮。2017年，意大利奢侈品牌Salvatore Ferragamo使用這種材料制作了首個(gè)膠囊系列，該材料具有優(yōu)質(zhì)的飾面，因而成為意大利奢侈品牌的理想選擇。

1.1.4海藻纖維 海藻纖維是一種新型生物可降解纖維，其原料為海藻酸鈉，富含生物活性化合物，具有優(yōu)異的生物相容性。目前，由海藻纖維制成的可降解材料多用于生產(chǎn)活性紗布、面罩、手術(shù)衣等衛(wèi)生防護(hù)類(lèi)紡織品[12]。海藻纖維具有吸濕透氣、抗菌、阻燃、可降解等優(yōu)異特性，在紡織服裝領(lǐng)域也表現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。例如，美國(guó)佛羅里達(dá)的Nanonic公司利用海藻和桉樹(shù)的提取物，制成一種名為SeaCell的海藻纖維，其質(zhì)地如絲般柔順，具有良好的抗菌、抗氧化功能，并且十分透氣，是制作運(yùn)動(dòng)服的理想材料；高端運(yùn)動(dòng)服品牌Rhone使用SeaCell纖維制作了連帽衫與緊身衣套裝。2019年8月，Vollebak推出了一款藻類(lèi)制成的T恤[13]。

1.1.5蘑菇菌絲 Mylo纖維是一種由野蘑菇根部菌絲體培育出的既柔軟又堅(jiān)固的可再生類(lèi)皮革材料，由美國(guó)生物初創(chuàng)公司Bolt Threads研發(fā)。阿迪達(dá)斯的Stan Smith系列運(yùn)動(dòng)鞋是第一款大規(guī)模采用Mylo纖維制作的鞋履；Lululemon運(yùn)用Mylo制作了瑜伽配件系列；Stella McCartney也使用這種材料制作了緊身胸衣和長(zhǎng)褲。

1.2 再生可降解材料

再生可降解材料是由天然纖維素(如棉、麻、竹子、櫸木等)制成，在不改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，改變其物理結(jié)構(gòu)，從而生產(chǎn)出性能更佳的纖維，且同樣能自然生物降解，如常見(jiàn)的天絲(tencel)、竹纖維、莫代爾(modal)和甲殼素纖維等。

1.2.1萊賽爾纖維 Lyocell(萊賽爾)纖維[14]是一種人造絲，由可再生竹子、樹(shù)木等天然植物搗碎后形成的木漿制成，兼具天然纖維與合成纖維的多種優(yōu)良特性，生產(chǎn)過(guò)程中不使用任何有毒溶劑，也不產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，溶劑回收率高達(dá)99.7%，是一種優(yōu)質(zhì)的傳統(tǒng)黏膠纖維替代品，廣泛應(yīng)用于休閑服、時(shí)裝、貼身衣物等。

1.2.2莫代爾纖維 莫代爾纖維[15-16]是蘭精(Lenzing)公司最早開(kāi)發(fā)的具有高濕模量的再生纖維，該纖維以高品質(zhì)歐洲櫸木為原材料，將櫸木制成木漿，再通過(guò)溶劑紡絲工藝加工成纖維。莫代爾纖維采用專(zhuān)門(mén)的機(jī)械及特殊加工處理方法，減少了傳統(tǒng)黏膠纖維生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染，具有良好的環(huán)保特性。莫代爾的原材料為纖維素纖維，屬于天然纖維，能夠自然降解，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。莫代爾纖維多用于內(nèi)衣中，也可用于運(yùn)動(dòng)裝、休閑裝等。

1.2.3竹纖維 竹纖維[17-18]是通過(guò)物理或微生物脫膠法從竹子中提取的纖維，在提取過(guò)程中，竹纖維的結(jié)構(gòu)特性沒(méi)有發(fā)生改變，使得纖維保有天然的特性。竹纖維具有良好的吸濕透氣性、耐磨性和染色性，具有天然抗菌、抑菌、除螨及抗紫外線等性能[19-20]，可應(yīng)用于內(nèi)衣、家居服、針織衫等。

1.2.4甲殼素纖維 甲殼素是一種豐富的天然氨基多糖，存在于真菌、甲殼類(lèi)動(dòng)物以及昆蟲(chóng)中，具有生物相容性、生物降解性，且可促進(jìn)傷口愈合，是一種具有高潛力的新型功能材料，在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境、紡織服裝等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。甲殼素纖維[21-23]具有優(yōu)良的可紡性、透氣性以及抗菌性，所制成的服裝穿著舒適，具有抗菌防臭的功效，能預(yù)防皮膚病，可用于制造抗菌內(nèi)衣、童裝等。

1.2.5大豆蛋白纖維 大豆蛋白纖維[24]是由大豆中含有的蛋白質(zhì)制成的人造纖維，屬于再生植物蛋白纖維，原料來(lái)源于可再生植物資源，具有優(yōu)異的生物降解性能，對(duì)人類(lèi)和環(huán)境友好。大豆蛋白纖維面料手感細(xì)膩、光澤柔和，具有保暖性好、吸濕透氣性?xún)?yōu)異等特點(diǎn)，有較好的穿著舒適性，且具有獨(dú)特的潤(rùn)肌養(yǎng)膚、抗菌消炎的保健功效[25]。大豆蛋白纖維面料適用于服裝產(chǎn)品，可作為化學(xué)纖維面料的替代品，目前多應(yīng)用于高檔針織內(nèi)衣、羊毛衫、T恤等。

1.2.6牛奶蛋白纖維 牛奶蛋白纖維[26-27]是一種再生蛋白質(zhì)動(dòng)物纖維，是將牛奶脫水、脫脂后利用生物工程技術(shù)形成蛋白紡絲液，再通過(guò)濕法紡絲工藝噴絲而成的纖維。牛奶蛋白纖維具有較好的抑菌功能，能夠抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等，此外還具有防霉防蛀、耐穿耐洗、潤(rùn)肌養(yǎng)膚等性能[28]。由于牛奶蛋白纖維服用性能優(yōu)異，因此可采用針織、非織造等多種方式進(jìn)行服用面料的開(kāi)發(fā)，并廣泛應(yīng)用于高檔內(nèi)衣、童裝等品類(lèi)。

1.3 合成可降解材料

可生物降解的新型合成纖維在商業(yè)市場(chǎng)中擁有十分樂(lè)觀的前景。新型合成纖維產(chǎn)品有聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)和生物聚酯(PHA)等。

1.3.1PLA纖維 PLA纖維[29]又稱(chēng)玉米纖維，是以聚乳酸為主原料，經(jīng)過(guò)縮聚反應(yīng)得到的聚合物，屬于聚酯類(lèi)纖維。合成可生物可降解材料中應(yīng)用較廣泛的是PLA纖維[30]，聚乳酸具有優(yōu)異的生物相容性以及抗菌、抗紫外線、可生物降解等性能[31]，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)用紡織領(lǐng)域，如手術(shù)縫紉線、醫(yī)用口罩、非織造布等。PLA針織物具有良好的吸濕快干性及尺寸穩(wěn)定性，因此PLA纖維面料可用于織造夏季運(yùn)動(dòng)服、T恤衫等；PLA還具有良好的阻燃性能，適用于床單、被罩等家用紡織品。

1.3.2PCL纖維 PCL纖維屬于可吸收醫(yī)用合成纖維的一種，其對(duì)藥物的透過(guò)性好，因而多用于醫(yī)用紡織領(lǐng)域，如藥物釋放載體、醫(yī)用縫合線等，目前在服用紡織品中應(yīng)用較少。

1.3.3PHA纖維 PHA纖維[32]是由各種微生物(如海水中的微生物、土壤中的細(xì)菌等)為原材料合成的纖維，其原材料豐富，生物降解性能優(yōu)良，而且降解產(chǎn)物對(duì)人體及環(huán)境無(wú)危害；它有良好的生物相容性以及抗紫外線、抗菌等特殊性能，未來(lái)將會(huì)成為最有潛力與聚酯纖維競(jìng)爭(zhēng)的纖維種類(lèi)。但是PHA纖維的熱性能和力學(xué)性能較差，脆性大，為改善其可紡性能，研究人員將PET、碳納米管、PLA等材料與之進(jìn)行混紡。目前，PHA纖維的性能缺陷還未得到有效克服。

2 生物可降解材料的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 可降解食物材料

目前，可持續(xù)服裝材料開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)之一是將食物與織物結(jié)合，以減少食品與織物兩個(gè)領(lǐng)域的浪費(fèi)[11]。例如，作為農(nóng)業(yè)廢棄物的菠蘿葉[33]可以制成純素食皮革，這種皮革是目前市場(chǎng)上極受歡迎的可持續(xù)性材料之一；柑橘纖維是由柑橘汁制成的絲狀纖維織物，可與絲綢和棉混紡制成可降解功能性面料[34]；從桑皮中提取出桑樹(shù)纖維，可以生產(chǎn)具有天然可降解抗菌特性的醫(yī)用無(wú)紡布[35]。由于天然纖維不具備有些合成纖維的優(yōu)越性能，所以許多研究人員將天然纖維與其他材料復(fù)合，以改善其性能特點(diǎn)[36]。

2.2 動(dòng)物替代面料

動(dòng)物毛皮由于獨(dú)特的舒適性和柔軟性，具有極高的商業(yè)價(jià)值，在服裝市場(chǎng)中發(fā)揮著重要的作用。隨著人們道德意識(shí)的提高，消費(fèi)者開(kāi)始關(guān)注動(dòng)物保護(hù)，有意識(shí)地減少皮草消費(fèi)，可持續(xù)的純素時(shí)尚日益流行?，F(xiàn)在越來(lái)越多的研究者致力于材料創(chuàng)新，專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)動(dòng)物面料紡織品的替代產(chǎn)品，包括素食皮革、人造皮草、羽絨替代品等。

2.2.1素食皮革 Koba面料是由杜邦和法國(guó)人造皮草制造商Ecopel合作開(kāi)發(fā)的全球首款生物基人造皮草。這種面料由100%Sorona(索羅娜)纖維制成，含有37%的天然原料——玉米，不僅色彩鮮艷、結(jié)實(shí)耐用，也延續(xù)了Sorona的環(huán)保特性，與其他人造皮草相比，其制造過(guò)程能夠減少63%的溫室氣體排放。服裝品牌Stella McCartney與Maison Atia都曾選用Koba制作了人造皮草單品。

2.2.2羽絨替代品 Flwrdwn纖維是由材料創(chuàng)新公司Pangaia耗時(shí)10年開(kāi)發(fā)的，是一種使用野花與生物聚合物混合制成的羽絨替代品。以野花為原料不需要人工灌溉，減少了水資源的使用。測(cè)試顯示，這種材料透氣且保暖，致敏性低，并且可以生物降解。

2.3 仿生生物材料

所有生物體都是地球上的偉大設(shè)計(jì)師，它們以獨(dú)特的模式生產(chǎn)材料，以滿(mǎn)足特定的功能。合成生物學(xué)家受到大自然的啟發(fā)，運(yùn)用這些生物體獨(dú)特的能力，充分利用大自然的潛力，通過(guò)改變分子結(jié)構(gòu)來(lái)革新服裝。生物材料朝著高性能[37-38]和可持續(xù)方向不斷發(fā)展。

2.3.1人造蛛絲 長(zhǎng)期以來(lái)，合成生物學(xué)家一直在“調(diào)整”基因信息，以從活細(xì)胞中產(chǎn)生特定的化學(xué)物質(zhì)。蛛絲就是一個(gè)典型的案例，它有“生物鋼材”之稱(chēng)，是已知生物材料中強(qiáng)度最高的，但是蛛絲極難獲取，所以研究人員利用基因重組蛋白技術(shù)合成了人造蛛絲。Spiber是一家日本生物技術(shù)公司，其生產(chǎn)的人造蛛絲是以微生物作為原料制造的基于植物蛋白聚合物的環(huán)保纖維，這種纖維具有柔滑的光澤，還能夠制成類(lèi)似羊絨或羊毛的細(xì)紗線，用途非常廣泛。運(yùn)動(dòng)品牌The North Face使用Spiber制作了一款高性能滑雪服，名為月球派克(moon parka)。美國(guó)舊金山的生物技術(shù)公司Bolt Threads研制出一種名叫微絲(microsilk)的人造蜘蛛絲面料。2017年，Bolt Threads開(kāi)發(fā)了微絲制成的領(lǐng)帶以及羊毛和微絲混紡制成的針織帽；2019年，Stella McCartney在春夏系列產(chǎn)品中用微絲制作了連體褲、降落傘等單品。

2.3.2菌絲體材料 在生態(tài)設(shè)計(jì)中，材料是生長(zhǎng)的，而不是合成的。近來(lái)，一些新興的生物技術(shù)公司使用菌絲體(蘑菇的根結(jié)構(gòu))組成復(fù)雜的材料，這些材料擁有非常優(yōu)異的性能，同時(shí)又具有生態(tài)友好性。生物技術(shù)公司MycoWorks開(kāi)發(fā)了用靈芝培育而來(lái)的Reishi菌絲面料，這種面料采用MycoWorks公司獨(dú)特的專(zhuān)利技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室中用蘑菇菌絲體培育而成，其強(qiáng)度和耐用性可以和牛皮相媲美。2021年3月，愛(ài)馬仕與MycoWorks公司進(jìn)行深度合作，開(kāi)發(fā)了源自Reishi菌絲的生物面料Sylvania，推出了可持續(xù)版本的Victoria旅行包；此外，意大利Grado Zero公司利用一種熱帶雨林的真菌，開(kāi)發(fā)了皮革替代面料MuSkin，其質(zhì)地類(lèi)似于天鵝絨，可用于女士禮服等。

3 結(jié)語(yǔ)

服裝產(chǎn)業(yè)是污染較嚴(yán)重的產(chǎn)業(yè)之一，服裝洗滌過(guò)程中產(chǎn)生的微塑料污染會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成巨大的威脅，生物可降解材料是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。生物可降解材料可以分為天然可降解材料、再生可降解材料和合成可降解材料。根據(jù)文中對(duì)生物可降解材料的綜述，得出以下結(jié)論：

1) 服裝生產(chǎn)的激增給有限的天然資源(如棉、麻等)帶來(lái)了巨大壓力，所以需從更廣泛的渠道獲取天然纖維作為服裝原材料，尤其可優(yōu)先選擇食品垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物等材料。

2) 隨著人們保護(hù)野生動(dòng)物意識(shí)的逐步加強(qiáng)，動(dòng)物替代面料應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

3)未來(lái)研究重點(diǎn)將集中在開(kāi)發(fā)具有高性能和可持續(xù)性能的生物材料上。

21世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，信息技術(shù)、生命科學(xué)、高新技術(shù)不斷發(fā)展，紡織品等纖維型產(chǎn)品正朝著著高舒適、高功能、高智能方向發(fā)展。如今，隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境需求的不斷增長(zhǎng)，生物可降解纖維的開(kāi)發(fā)將成為纖維研究發(fā)展的主流。對(duì)可生物降解性能的研究是未來(lái)的熱點(diǎn)之一，它將取代一些不可降解的石油基化學(xué)纖維材料，對(duì)其研究將集中于功能性特性的開(kāi)發(fā)，特別是物理特性上。

在眾多的可生物降解纖維中，多數(shù)纖維的物理性能相對(duì)較差，且價(jià)格比傳統(tǒng)的合成纖維貴很多，這就導(dǎo)致在有功能性需求時(shí)，它只能應(yīng)用在可承受較高價(jià)格的醫(yī)用領(lǐng)域。但由于生物可降解纖維具有良好的降解性、環(huán)保性和安全性，使得其有希望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)紡織面料，減輕紡織服裝行業(yè)所產(chǎn)生的污染。隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)可生物降解纖維的需求也在不斷增加，而新技術(shù)的應(yīng)用和新材料的出現(xiàn)，也使具有多種功能的生物可降解纖維可以得到更廣泛的應(yīng)用。