纤维新材料及其应用-6生物质

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

2、网 农业：寒冷纱、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

3、10次，均可达到该回复率。,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

4、白凝固，分离液体获得乳酪，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，热稳定性

5、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。 生物可降解，不

7、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。, 节肢动物，主要包括甲壳纲，

8、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，含甲壳素从微量到45%不等，只有少数

9、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，广泛用于制造特殊的医用产品。国外，尤其是日本和美国已用它来制

10、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、还原、碱性及硫化等多种染料进行染色，且色泽鲜艳。,（5）保

11、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，易吸水合成多个分子的水合物。,NMMO可以与水结合形成

12、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 2.0-2.6 湿强 3.4-3.8 1.9-2.1

13、 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 非织造布 产业用,（二）竹浆纤维 提取竹子中

14、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,约为白棉的二分之一。,（三）主要性能 颜色不够鲜艳，耐水洗性能好，越洗越鲜艳。但耐光性差，长期日晒会褪色。 纺纱断头率高，单独纺纱困难，一般与白棉混纺。,品质不稳定，与白棉尚有一定差距，其中棕色稍好，其他颜色彩色棉品质更差。影响了发展和应用，需要进一步改善和提高性能，开发更好的品种。,目前主要用于全棉衬衣、内衣和休闲服饰等。近几年发展处于停滞