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2022年12月14-16日，生物降解材料研究院、TK生物基材料主辦，中科國生、微構工場、豐原生物協辦的《生物基與降解材料2022年度大會暨頒獎典禮》將在蘇州舉辦，會議將發布PBAT、BDO、PLA等材料年度數據，現誠邀行業專家、企業代表出席，歡迎報名參展參會。

在化石資源日益枯竭、CO2過度排放等造成的全球氣候、環境惡化的背景下，發展低碳循環經濟已成為全球共識，生物可降解材料的推廣應用是解決環境污染的重要途徑之一。

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目前生物可降解材料按原料來源可將其分為石化基和生物基兩類。石化基包括二元酸二元醇共聚酯系列（聚丁二酸丁二醇酯PBS）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇（PBAT）、二氧化碳共聚物（PPC）、聚己內酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）等；生物基包括聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯類聚合物（PHAs）、全澱粉基、纖維素等。

生物基PLA材料於1913年由法國人通過縮聚法合成，經過幾十年的發展，1954 年美國杜邦公司通過兩步法製備了高分子量的PLA，1989年日本鍾紡公司與金島公司合作開發了PLA纖維，推動了PLA材料的應用，2000年中國對PLA展開了工業化、規模化的應用。

PLA纖維材料是一種新型生物基可降解材料，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分且可再生，主要以玉米、木薯等為原料，可採用熔紡、靜電紡絲等多種方式進行加工。PLA 纖維材料因具有良好的生物相容性、易降解可再生等特點，使其在生物醫學、過濾分離、包裝等領域具有較好應用前景。本研究主要探討生物基PLA纖維的製備、應用及回收策略問題。

1、PLA的製備方法

PLA是一種熱塑性脂肪族聚酯，其單體有右旋-乳酸（PDLA）和左旋-乳酸（PLLA）兩種旋光異構體，均屬於全同立構，可在適當的條件下形成晶體。PLA的合成包括直接縮聚法、開環聚合法、共沸脫水縮合法3種，如圖1所示。

直接縮聚法需要在等摩爾濃度下羥基和羧基脫水縮聚得到低分子聚合物，然後通過偶聯劑或者酯化促進劑得到高分子聚乳酸，其成本低，但需要進行兩步聚合，而且雜質不易去除；共沸脫水縮合法避免了酯化促進劑的使用，溶劑沸點的增加提高了聚合的速率；開環聚合法在催化劑的作用下，可精準控制 PLA 的化學結構，獲得特定產物。

2、聚乳酸纖維製備方法

2.1 熔融紡絲

熔融紡絲法是以聚合物熔體為原料，經噴絲孔擠出，在空氣中快速冷凝而固化成纖。熔融紡絲工藝簡單，紡絲液為成纖高聚物自身的熔融液，不需要進行紡絲溶劑或凝固浴的回收，而且纖維成形過程在氣相中完成，摩擦阻力小，可採用較高的卷絲速度，生產效率高。但是，並非所有成纖高聚物都可用熔融紡絲製備纖維，採用熔融紡絲製備纖維的條件之一：高聚物熔融溫度必須低於其熱分解溫度約30 ℃，否則難以用經典的熔融法進行紡絲。

聚乳酸熔融紡絲的生產工藝與聚對苯二甲酸乙二醇酯的紡絲工藝類似，分高速紡絲一步法、紡絲-拉伸二步法。在熔融紡絲過程中，PLA降解反應熱敏性與熔體高黏度之間存在矛盾，造成PLA熔融紡絲加工溫度範圍極窄，且需要控制母粒中的含水量，防止熔融擠出過程中發生水解碳化。同時，PLA低結晶速率導致熱變形溫度低，材料質脆、韌性差且成形周期長。為改善PLA熔融紡絲性能，潘曉娣等人在對 4種聚乳酸切片流變性能及其對熔融紡絲性能的影響研究中發現，增大剪切速率即提高紡絲速度對PLA熔體的表觀黏度的影響越小，紡絲工藝越容易控制。

李曉川等人通過熔融紡絲製備聚丙烯/聚乳酸（PP/PLA）纖維並對其性能研究發現，PP 的加入，PLA 的熱穩定性有小幅度下降，但結晶度有所提高，而且 PP/PLA 共混纖維的取向度和力學性能得到改善。

CLARKSON等人以聚乙二醇（PEG）為增容劑在無水無溶劑條件下通過熔融紡絲製備了高剛度纖維素納米纖維/聚乳酸(CNF/PLA)複合纖維，當添加質量分數1.3%的CNF時，經熱拉伸後纖維力學性能提高了600%。

2.2 溶液紡絲

溶液紡絲分溶液干法和濕法兩種。PLA 纖維紡絲原液的製備常採用二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯作溶劑，如YANG S等人研究溶液澆鑄高分子量聚乳酸/碳納米管（PLA/CNT）複合材料在二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯甲烷（CHCl3）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和 1,4-二氧六環（DIOX）等溶劑作用下的立構絡合物結晶。研究發現，添加質量分數 0.1%的碳納米管（CNT）可以促進等PLLA/PDLA共混物中立構結晶（SC）的形成。

廣角 X 射線衍射和差示掃描計算結果表明，溶劑提高 PLLA/PDLA/CNT複合材料中 SC 含量的能力由大到小依次為 DMF、DIOX、CHCl3、CH2Cl2。特別是在 DMF 中形成了獨特的SC微晶。這種差異可以用溶解度參數和溶劑蒸汽壓來解釋。研究結果也為調節PLLA/PDLA/CNT共混物的結晶組成提供了可能的解決方案。

溶液紡絲製備PLA纖維研究較少，同熔融紡絲纖維相比，溶液紡絲具有以下優勢：在紡絲過程中聚合物纏結的網絡結構少，使得初生絲有很高的拉伸性能；紡絲溫度低，熱降解比熔紡纖維低；纖維機械性能好，強度較熔紡纖維高，但溶液紡絲存在紡絲速度較慢、紡絲過程溶劑污染及回收問題，因此在工業生產應用中比較受限制。

2.3 靜電紡絲

靜電紡絲是指聚合物溶液或熔體在外加電場作用下的紡絲工藝，所製備纖維可達納米級（5 nm~1000 nm），但紡絲條件易對纖維形貌和性能產生較大影響。殷雪兵等人研究二氯甲烷（DCM）、六氟異丙醇（HFIP）、二甲基甲酰胺（DMF）對 PLLA 溶液成絲能力、紡絲產物微觀結構及過濾性能的影響。

研究發現，DCM/DMF 混合溶劑可有效改善PLLA溶液成絲性和射流穩定性，纖維直徑明顯下降，且纖維之間形成粗細交叉特殊結構，當DCM/DMF體積比為 0.2 時配成的PLLA紡絲液得到的纖維膜綜合性能最佳。

王曉輝等人利用熔體微分靜電紡絲製備PLA纖維，在紡絲溫度260 ℃、氣流流量20 m3/h、氣流溫度100 ℃和紡絲距離5.5cm 時，纖維平均直徑達到最小值，為400 nm。此外，鍾郭程等人以羥基封端D型聚乳酸作為大分子引發劑，引發 L-丙交酯本體開環聚合，製備了不同數均分子量的線性立構二嵌段聚乳酸，並藉助靜電紡絲製備亞微米級纖維。

研究結果表明，所形成的立構複合結晶的熔點均超過 215 ℃，熱穩定性得到改善並表現出良好的韌性。靜電紡絲較傳統紡絲技術可實現纖維材料細化，同時，PLA 立構複合結晶的形成有助於提高纖維材料的力學性能。

3、結束語

目前，國內生物基PLA纖維及製品的成形與應用仍處於初級階段。數據顯示，截至2021年底，我國PLA的產能約在45.2萬t，預計2025年將達500萬t。PLA作為一種綠色環保材料，具有替代傳統石油基纖維材料的潛力，分析對比現有生物基PLA纖維成形方式及優缺點，在具有產業化前景的熔融紡絲加工過程中需解決PLA降解反應熱敏性與熔體高黏度之間的矛盾，拓寬 PLA 熔融紡絲的加工溫度範圍等。

同時，藉助PLA回收利用技術加快我國PLA纖維原料的穩定供應。在國家「雙碳」戰略等利好政策下，可預見生物基PLA纖維材料及製品會迎來跨越式發展，在生物醫學、過濾與分離、包裝等領域展現出良好的應用前景。

來源：《棉紡織技術》網絡首發論文

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2022年12月14-16日，生物降解材料研究院、TK生物基材料主辦，中科國生、微構工場、豐原生物協辦的《生物基與降解材料2022年度大會暨頒獎典禮》將在蘇州舉辦，會議將發布PBAT、BDO、PLA等材料年度數據，現誠邀行業專家、企業代表出席，歡迎報名參展參會。

過去十個月里，生物基行業的初創公司在2021年的獲得投資金額頗豐，當時四大生物材料融資中有三家流向了生物基紡織品生產商，可再生紡織品正在蓬勃發展。

如今，生物基紡織品再次獲得了了2022年最高的三筆生物材料資金。MycoWorks 以1.25億美元排名第一，Evolved By Nature 以1.2億美元排名第二，Natural Fiber Welding 以8500萬美元排名第三。

在2022年1月至10月期間，總共有五家生物基紡織品公司獲得了超過1000萬美元的融資，而第六家名為 Mater Exchange 的公司因其將時裝零售商與可持續供應商相匹配的平台而獲得了2440萬美元。

在這裡，介紹一下這些在新興生物基服裝市場的早期推動者。

菌絲體

市場研究人員預測，從現在到2030年，可再生紡織品市場的複合年增長率將達到12.5%。生物經濟投資者正在認真考慮這一樂觀的預測，將資金瞄準可再生和生物基紡織品領域。

菌絲體被證明是當下的合適紡織品原料。2021年，全球至少有八家菌絲體皮革公司，但在過去十個月中，有兩家吸引了投資者的關注。

其中一家是韓國 Myce l公司，該公司提供由菌絲體製成的動物皮革的替代品。Mycel由前現代汽車員工Sah, Sungwon Kim (COO), and Yunggon Park (CSO)於2020年創立。該公司於2022年9月在一輪融資中吸引了1000萬美元的投資，其中包括Korea Development Bank, Industrial Bank of Korea, Hyundai Motor Zero 1 Fund, Stone Bridge, We Ventures, and Spring Camp，其投資前估值約為4000萬美元。

菌絲體是菌絲聚集在一起組成的真菌營養體，是地球上最大的生物體之一，擁有菌絲構成的多孔網絡結構。菌絲直徑通常在1~30μm之間，受菌種差異和生長環境的影響，菌絲長度從幾微米到幾米不等，經過菌絲前期的各向同性生長階段後，菌絲開始隨機分支形成樹形狀的菌落，經過菌絲相互之間隨機融合形成一個纖維網狀結構。

菌絲體的基本形態和組成成分使得真菌在生長的過程中可以通過菌絲體的纏繞交聯形成空間網狀結構，並通過黏鞘黏附於栽培料（木屑、麥麩等）各組織細胞結構上，通過纏繞和包裹將分散的木屑、麥麩等生物質材料有效地結合在一起，形成具有一定形狀和強度的生物質複合材料。

它認為真菌生物技術可以支持這一願景，並指出其在環境修復以及化妝品和藥品中的多功能應用。它還強調了真菌的生態系統在回收有機廢物中的作用如何激發循環經濟過程。

MycoWorks是另一家今年獲得較大融資的菌絲體紡織公司。今年1月，它從SK networks, Mirabaud Lifestyle Impact, Innovation Fund, DCVC Bio, Novo Holdings等公司獲得了1.25億英鎊的C輪融資。

這家舊金山初創公司由美國藝術家索菲亞·王（Sophia Wang）和菲爾·羅斯（Phil Ross）於2013年創立，最初是從菌絲體中開發剛性建築面板開始的。最終，創始人還發現了一種製作時尚皮革的方法，現在以靈芝品牌銷售。

它的旗艦產品有三種飾面：黑色，核心和自然色。然而，像Mycel一樣，Mycoworks材料可以使用稱為精細菌絲體的專利製造平台進行定製生長，該平台可以在菌絲體細胞發育時對其進行調整。

Mycowork的1.25億美元將用於擴大生產規模，包括其半自動化埃默里維爾試驗工廠的規模擴大，其團隊的增長以及持續的研發。

展望

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