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標(biāo) 題：生物降解性纖維
日期：2007/6/19 源自:中華職工學(xué)習(xí)網(wǎng)	【字體：】

1、前言
　　生物降解性纖維是“以微生物分泌的酵素可以降解的高分子纖維”。首先，由微生物分泌的加水分解酵素切斷高分子鏈，變成低分子量化合物，被吸收到微生物體內(nèi)。在微生物體內(nèi)進(jìn)一步由酵素作用分解成二氧化碳和水，回到自然。
　　纖維技術(shù)的開發(fā)一直以模仿絲和羊毛等天然纖維的功能性進(jìn)行發(fā)展。纖維的利用也不僅是在纖維間積蓄空氣進(jìn)行保暖，保護(hù)人體的衣料用途，已經(jīng)以合成纖維為中心作為工業(yè)材料支撐產(chǎn)業(yè)。進(jìn)而，中空纖維的登場(chǎng)，開發(fā)了人工透析，最近還被利用為放入人體的人工血管等醫(yī)療材料。隨著這些用途的開發(fā)，合成纖維強(qiáng)度和細(xì)度、功能性提高，正凌駕于天然纖維之上。但是，因?yàn)椴痪哂刑烊焕w維所具有的“回歸自然”功能，成為環(huán)境污染和廢棄物處理問題的原因。今后，采用素材原料的改性和復(fù)合化技術(shù)，一方面保持合成纖維具有的功能性，一方面進(jìn)行環(huán)境負(fù)荷小的纖維材料開發(fā)的社會(huì)必要性日益增高。
　　生物降解性纖維是有效利用天然纖維或者使用具有生物降解性的高分子材料制造纖維。利用天然纖維的場(chǎng)合，對(duì)生物降解性復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)有效。代替以前的玻璃纖維，利用麻、洋麻、竹子等纖維素系纖維。這種復(fù)合材料得到了比使用玻璃纖維時(shí)的低密度成型物，為輕量化和低成本化作出了貢獻(xiàn)。由生物降解性高分子制造纖維的場(chǎng)合，對(duì)手術(shù)縫合線等的高度利用有效。手術(shù)縫合線利用聚乙二醇酸，在移植后約15周被分解吸收。另外，聚乳酸纖維是在衣料也繼續(xù)利用的通用材料，正期待于日益增加的多用途。如兵庫(kù)縣立工業(yè)技術(shù)中心使用聚乳酸纖維／棉＝50：50試做了紡前染色織物和服裝。今后，這些生物降解性纖維將隨著生物降解性高分子的增產(chǎn)和低價(jià)格化而擴(kuò)展利用范圍。
　　2、生物降解性纖維的原料
　　生物降解性纖維也從石油等化石資源生產(chǎn)，但從循環(huán)型體系構(gòu)筑的觀點(diǎn)看，從可再生天然資源由來生產(chǎn)的引人注目。近年來，由這些天然資源制造的生物降解性高分子已變成被叫做生物基礎(chǔ)聚合物。
　　主要生物降解性纖維的原材料如表1所示。聚乳酸（PLA）纖維以玉米等含有的淀粉為原料，作為生物基礎(chǔ)聚合物在汽車板材等實(shí)用化。在美國(guó)，14萬噸／年的聚乳酸制造裝置已在運(yùn)行，日本國(guó)內(nèi)也有1000噸／年的生產(chǎn)裝置在運(yùn)行。聚羥基丁酸酯（PHB）是由微生物生產(chǎn)的高分子，PHB是微生物準(zhǔn)備饑餓狀態(tài)，積蓄在體內(nèi)的物質(zhì)，是我們?nèi)藗凅w內(nèi)也存在的物質(zhì)。細(xì)菌纖維素是特定的醋酸菌分泌纖維素微細(xì)原纖維的，細(xì)菌纖維素的微細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)正作為醫(yī)療用分離膜在研究。微生物多糖類是微生物生產(chǎn)的多糖類，正在開發(fā)普魯蘭多糖和可得蘭多糖。其他，以前的天然高分子材料也具有生物降解性。纖維素是以麻、棉等天然纖維和像粘膠絲那樣的再生纖維進(jìn)行利用。殼聚糖由含在蟹和蝦等甲殼和甲蟲的外皮等甲殼質(zhì)生產(chǎn)，采用殼多糖纖維的紡絲研究和纖維素纖維的復(fù)合化，正作為抗菌材料進(jìn)行實(shí)用化。絲纖維蛋白很早以來就作為絹絲使用，但人工紡絲困難。近年來采用電場(chǎng)紡絲法使纖維化變成可能。膠原是多含在生物體內(nèi)的物質(zhì)，但從其水溶液制造的膠原纖維，正作為美發(fā)材料進(jìn)行實(shí)用化。
　　表1 主要生物降解性纖維的原料   由來原材料
　　天然資源聚乳酸（PLA）、聚乙二醇（PGA）、聚羥基丁酸酯（PHB）、采用生物生產(chǎn)細(xì)菌纖維素、微生物多糖類　殼聚糖、絲纖化蛋白、膠原
　　石油資源（聚酯系）聚丁烯琥珀酸酯（PBS）、聚丁烯琥珀酸酯／己二酸酯（PBSA）、聚己內(nèi)酯（PCL）
　　石油資源（其他）聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺、聚氨酯等
　　作為從石油資源制造的生物降解性纖維有脂肪族聚酯。聚羥基丁酸酯及其與己二酸酯的共聚物正在產(chǎn)品化。聚己內(nèi)酯也已經(jīng)在市場(chǎng)銷售，但因?yàn)闇囟鹊偷?0℃，一般的纖維還沒有利用。但是，因?yàn)槿菀着c其他的聚合物混合，正期待向與聚酰胺和聚氨酯等的混合體和共聚物的利用。
　　作為其他從石油資源來的生物降解性高分子材料，有聚乙烯醇（PVA）和聚酰胺、聚氨酯等。聚乙烯醇共聚物多數(shù)具有生物降解性已經(jīng)明確。聚酰胺是具有酰胺鍵的高分子。聚氨基酸是聚酰胺的一種，具有高的生物降解性，但尼龍66這樣的聚酰胺為脂肪族，也是生物降解性低。另外，聚氨酯由微生物霉進(jìn)行分解。其他通用高分子具有生物降解性的有聚碳酸酯和聚醚、聚丙烯酸等。
　　3、生物降解性纖維的制造
　　生物降解性纖維的重要因素是素材原料，但關(guān)于產(chǎn)品化，使用時(shí)的物性和生物分解速度的控制也成為重要因素。原材料的改性和混合技術(shù)、共聚物，加上最近不僅是單一素材，而且是以改變物性和纖度控制分解速度的不同材料為芯鞘結(jié)構(gòu)，維持降解性和強(qiáng)度的復(fù)合系材料的開發(fā)也正在研究。
　　近年來，作為新的紡絲方法正在進(jìn)行電場(chǎng)紡絲法的研究開發(fā)，日本纖維學(xué)會(huì)有“納米纖維研究會(huì)”正在積極地進(jìn)行研究開發(fā)。電場(chǎng)紡絲法與迄今的熔融紡絲和濕法紡絲不同，是使用高電壓制造納米纖維的技術(shù)。由于使用這種方法，迄今纖維化困難的材料和立體的氈成型也變成了可能。如使用電場(chǎng)紡絲的膠原纖維，像蛋白質(zhì)那樣的熱進(jìn)行變性的材料也能夠容易地纖維化。另外，由電場(chǎng)紡絲法的立體成型聚己內(nèi)酯纖維，如使纖維集積成指型，可以制做無縫制的立體罩型成型物（聚己內(nèi)酯氈手指罩）使用這些新紡絲法制得的微細(xì)納米級(jí)生物降解性纖維正期待向醫(yī)療和護(hù)理用品、無縫制內(nèi)衣等展開。
　　4、生物降解性纖維的利用
　　生物降解性纖維是在自然界生物降解而形態(tài)為纖維，正在研究活用它的利用。
　　從防止環(huán)境污染的觀點(diǎn)看，關(guān)于長(zhǎng)絲考慮漁網(wǎng)和釣魚線；非織造布正期待醫(yī)療和護(hù)理產(chǎn)品等的應(yīng)用。另外，生物降解性纖維的特征是這些多數(shù)在人的體內(nèi)分解，利用它的藥劑放出研究也正在進(jìn)行。進(jìn)而，還正在研究生物降解性纖維的中空纖維機(jī)織布作為細(xì)胞培養(yǎng)基等醫(yī)療材料。
　　從石油由來的通用性高分子使用非石油由來的生物基礎(chǔ)聚合物制造生物降解性纖維進(jìn)行利用，從社會(huì)需求來看是非常需要的。但是，不能認(rèn)為即使大量消費(fèi)這些生物降解性纖維也沒關(guān)系。雖然產(chǎn)品壽命長(zhǎng)，給環(huán)境的影響也小，但大量消費(fèi)，環(huán)境附加也大。因此，預(yù)測(cè)長(zhǎng)期利用的使用長(zhǎng)壽命的材料，對(duì)使用時(shí)間短的希望活用生物降解性材料。生物降解性高分子在垃圾袋和農(nóng)業(yè)用膜、包裝劑等利用。最近，以聚合物合金化提高強(qiáng)度的成型物已能夠制造，使用于手機(jī)等的殼體。這些如果考慮內(nèi)部?jī)x器的部件壽命，產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)為數(shù)年左右。也有以殼體長(zhǎng)壽命置換內(nèi)部部件的考慮方法，但由于產(chǎn)品不同而應(yīng)對(duì)困難。關(guān)于生物降解性纖維，期待從T血衫等貼身襯衣向像套裝和外套等多樣化的轉(zhuǎn)移。另外，醫(yī)療用、護(hù)理用產(chǎn)品，像手術(shù)衣和縫紉線樣的用即棄中心產(chǎn)品必須是生物降解性纖維。此外，不僅舍棄生物降解性，還要撲捉功能性，研究利用于藥劑放出。與醫(yī)療相關(guān)，正研究使含有藥品的降解性高分子在體內(nèi)分解，一點(diǎn)兒一點(diǎn)兒地向患部投予藥品，作為藥品發(fā)送系統(tǒng)的基材利用。
　　5、實(shí)用化的課題
　　生物降解性纖維受耐熱性、物性、耐候性的改良實(shí)現(xiàn)高功能化，但制造工藝的節(jié)能效果提高也很有必要性。最近，安全、放心正成為關(guān)鍵詞。以農(nóng)作物為原料的場(chǎng)合，為了提高效率，考慮利用重組遺傳因子技術(shù)，但盡管與食品沒有關(guān)系，也一定成為話題。
　　而且，關(guān)于生物降解性纖維的使用還要求確認(rèn)安全性。為了普及生物降解性纖維，不只是看降解的特征，而且安全性也很重要。聚乳酸使用于飯盒用托盤和點(diǎn)心的包裝，作為醫(yī)療用具也有被承認(rèn)的產(chǎn)品。在美國(guó)，由美國(guó)食品醫(yī)藥廳（US－FDA）根據(jù)注冊(cè)申請(qǐng)制度批準(zhǔn)。在歐洲聯(lián)合（EU），對(duì)容器包裝承認(rèn)乳酸單體，聚乳酸可以使用。進(jìn)而，還實(shí)施了添加劑和分解溶出物的毒性和致癌性等試驗(yàn)。這樣，只有安全性被確認(rèn)了的材料進(jìn)行普及。
　　生物降解性纖維為了普及還需要原材料價(jià)格便宜。現(xiàn)在，對(duì)于通用高分子150日元／公斤左右來講，生物降解性高分子為400～600日元／公斤，預(yù)計(jì)在2010年以前為200日元／公斤以下，價(jià)格將降低一半以上。今后如果考慮到回收再生費(fèi)用，與通用高分子的價(jià)格差還將縮小。現(xiàn)在，回收再生的重要性很高，不僅“從‘搖籃’到‘墓場(chǎng)’”，而且要求考慮“從‘搖籃’到‘搖籃’”的產(chǎn)品開發(fā)。　　
　　6、生物降解性纖維的回收再生性
　　不限于生物降解性纖維，廢棄物都采用堆肥化或燃燒處理進(jìn)行最終處理。通用高分子材料也分別進(jìn)行回收，一方面進(jìn)行再生，一方面作為鍋爐燃料利用。生物降解性高分子材料在堆肥化的場(chǎng)合，由微生物進(jìn)行分解，總的來說，燃燒熱也低，也不損傷鍋爐。但是，由于回收再生可以變得生產(chǎn)效率好、資源消費(fèi)少，也研究回收再生性。在聚乳酸的場(chǎng)合，考慮將聚乳酸產(chǎn)品進(jìn)行再度溶解，重新成型的方法和完全回到聚乳酸的方法。如果回到聚乳酸，在質(zhì)量方面與新產(chǎn)品相比也不遜色，完全可以利用。另外，在堆肥化的場(chǎng)合，分解成二氧化碳和水，如果植物利用它生長(zhǎng)，則成為微觀上在自然界循環(huán)再生。
　　7、生物降解性纖維的未來
　　為了生物降解性纖維開始實(shí)用化、多用途化和需求擴(kuò)大，許多研究人員在進(jìn)行研究開發(fā)。今后，石油資源將枯竭已經(jīng)是明確的事實(shí)，在考慮這些化石資源的節(jié)約和有效利用的基礎(chǔ)上，以生物基礎(chǔ)聚合物為主原料的生物降解性纖維的開發(fā)是重要課題。所謂生態(tài)設(shè)計(jì)就是從設(shè)計(jì)階段開始給與環(huán)境影響小的產(chǎn)品制造，這已經(jīng)成為當(dāng)然的事情，對(duì)于所使用的材料將選擇環(huán)境低負(fù)荷的生物降解性纖維。纖維一般為長(zhǎng)度是細(xì)度的100倍以上，但成為纖維集合體就具有保暖性和緩沖性，也可以成為分離膜。進(jìn)而，還進(jìn)行了納米纖維化的研究，由于纖維直徑為納米級(jí)，也期待分子的物理吸附等新的功能性，可能作為各工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料支撐產(chǎn)業(yè)。生物降解性纖維如果物性改善和能夠控制分解速度，預(yù)計(jì)將進(jìn)行通用高分子的換代。據(jù)則算，生物降解性高分子材料在20年后將成為3000萬噸／年的生產(chǎn)規(guī)模，如果考慮日本的塑料總產(chǎn)量為1350萬噸／年，這是一個(gè)很大的數(shù)字。預(yù)計(jì)生物降解性纖維還將隨著聚乳酸的生產(chǎn)擴(kuò)大，也將進(jìn)一步擴(kuò)大利用范圍。　　
　　8、結(jié)語
　　生物降解性纖維將根據(jù)多種技術(shù)開發(fā)和社會(huì)需求的高漲，繼續(xù)擴(kuò)展實(shí)用范圍。解決各種課題，編入循環(huán)型社會(huì)體系，擴(kuò)大利用量和用途。明確與非降解性纖維用途的差別化，期待構(gòu)筑效率好的回收再生系統(tǒng)。但是，認(rèn)為由于普及容易廢棄的料，即使連續(xù)不斷地廢棄也可以是錯(cuò)誤的，我們消費(fèi)者的意識(shí)將被追究。給產(chǎn)品賦予生物降解性的同時(shí)，對(duì)其包裝材料也希望同樣利用。

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