鑽石舞台

全球產量最大的生物基纖維要數纖維素纖維，而生物基PTT纖維由於其優良的性能及應用使其在近年來快速發展，受到了更高的關注。

PTT纖維是聚對苯二甲酸丙二醇酯（Polytrimethylene terephthalate）纖維的簡稱，是荷蘭殼牌（shell）公司最先研發的一種性能優異的聚酯類新型紡絲聚合物，由對苯二甲酸（或對苯二甲酸二甲酯）與1,3-丙二醇經酯化（酯交換）、縮聚反應得到聚酯，再經熔融紡絲製得纖維。PTT的化學結構和立體結構如下圖：

圖1 PTT的化學結構（上）和立體結構（下）

而生物基PTT纖維採用了來自生物質轉化的1,3-丙二醇，更具有環境友好性。杜邦公司即採用生物法以穀物為原料製得了生物基PTT產品Sorona®，進一步製得纖維，應用於服裝、地毯等方面，如下圖。方圓化纖公司使用杜邦Sorona®來生產商品名為「Somalor」的PTT纖維，將其應用於服裝、汽車、室內裝飾及家居織物等領域。

圖2 杜邦Sorona®纖維製作流程

生物基PTT纖維將其他各種纖維如滌綸、錦綸的優良性能集於一身，且是可回收可循環使用的綠色纖維，成為生物基纖維的新星，受到全球的關注。

生物基PTT纖維與石油基PTT纖維不同的是採用了經生物法製得的1,3-PDO。該方法總費用比製備石油基1,3-PDO要便宜25%。隨着有限石油資源的過度使用及石油價格的逐步增長，生物合成法生產1,3-PDO備受全球關注。與傳統化學合成法相比，生物法具有原料來源可再生、反應條件溫和、選擇性好，副產物少，環境污染少等優點。

DuPont公司與Genencor公司合作採用微生物發酵法製備了生物基1,3-PDO並成功投入生產。國內各企業和高校也開始投入生物基1,3-PDO的技術研發，如清華大學、大連理工大學、華東理工大學、江南大學等等，已經取得了階段性的成果。目前生物法製備1,3-PDO主要有以下幾種方法：

（1）甘油轉化法

甘油轉化法是甘油在厭氧條件及菌類（如檸檬菌、丁酸梭狀芽抱桿菌、肺炎桿菌、乳酸桿菌屬等）作用下轉化為1,3-PDO。而對於甘油價格較高的國家，採用甘油直接製備1,3-PDO的方法成本較高。因此，更低成本的方法如以葡萄糖為底物或生物柴油轉化法相繼出現。

（2）葡萄糖轉化法

▲一步法：杜邦公司與Genencor公司合作開發了生產生物基1,3-PDO的一步法，以葡萄糖為底物在基因工程菌的作用下轉化為1,3-PDO，該法提高了生產效率，可大大降低生產成本。

▲兩步法：清華大學提出了以甘油為底料，葡萄糖為輔助底物的生產工藝，葡萄糖在耐高滲酵母的作用下轉化為甘油，再由克雷伯氏肺炎桿菌將其轉化為1,3-PDO。大連理工大學採用玉米為原料，經兩步法發酵生產1,3-PDO。

圖3 葡萄糖一步法和兩步法轉化為1,3-PDO

（3）生物柴油轉化法

每噸生物柴油大約副產100kg甘油，因此由生物柴油得到的粗甘油再經生物發酵製備1,3-PDO具有一定的成本優勢。2011年，江蘇盛虹集團與清華大學合作，以生物柴油副產物甘油為原料生產1,3-PDO，建成了3萬噸/年的生產裝置。

圖4 生物柴油轉化法製備1,3-PDO

表1 生物基1,3-PDO的生產企業與技術來源：

合成工藝

圖5 生物基PTT纖維的合成工藝

生物基PTT由對苯二甲酸二甲酯(DMT)或精對苯二甲酸(PTA)和生物基1,3-PDO聚合而得，再經熔融紡絲或靜電紡絲得到生物基PTT纖維。其聚酯合成工藝大致可分為以下兩種：

①直接酯化法(PTA法)：該方法以PTA和1,3-PDO為原料，在催化劑的作用下發生酯化反應，得到中間的產物BHPT，然後進一步進行縮聚反應製得PTT。

②酯交換法(DMT法)：對苯二甲酸二甲酯(DMT)與1,3-PDO進行酯交換，酯交換在140～220℃進行，採用Ti系催化劑，先脫除甲醇，升溫至270℃並減壓到5kPa進行縮聚，製得PTT。

與DMT法相比，PTA法生產成本較低，工藝成熟、合理，生產效率高，生產過程中產生水比甲醇更容易處理，回收過程更簡化，並能減少環境污染。因此，直接酯化法是大規模製備PTT的主要方法。

PTT纖維的表面形態結構呈光滑條形狀，且光反射、折射較強，纖維光澤較強；表面有空隙，有一定的導濕、透氣及保暖性；可製成各種不同截面形態的纖維產品，還可在製造過程中直接加工成有色PTT纖維，方便選用。

PTT纖維的「Z」型螺旋結構使其具有優於其他纖維高彈性和良好的回彈性能。由於PTT纖維具有較低的玻璃化轉變溫度，使其可常壓染色，由於PTT特殊的結構，染料更容易進入纖維內部，所以染色性能要優於PET纖維。PTT纖維將各種纖維的優點集於一身，如滌綸的抗污性，錦綸的柔軟性，腈綸的膨鬆性。PTT的伸長性同氨綸一樣好，與彈性纖維氨綸相比更易於加工，非常適合用於紡織服裝面料。

圖6 Sorona®纖維的優良性能

PTT纖維還有良好的熱穩定性，抗褶皺性，抗靜電性，抗紫外線等。PTT纖維與其他纖維的性能比較見表2。

表2 PTT纖維與PET、PA6、PA66纖維的性能比較：

PTT纖維的優良性能使其非常適合用於服裝面料。其良好的染色性和印花適應性可用於生產各式各樣的染色面料，耐污性可使衣物更便於護理與清洗，其柔軟的手感與彈性，較低的吸水性以及良好的懸垂性可提高衣物的穿着舒適度。將PTT纖維與其它纖維混紡可得到更優性能的製品。比如，PTT纖維與棉、粘膠、天絲、麻等纖維素纖維交織，其手感和抗褶性好，可用於針織內衣、機織面料等。

圖7 杜邦Sorona®在服裝領域的應用

（生物基材料產業鏈通訊錄）

更多行業報告、雜誌訂閱可聯繫：

1.區域群

上海生物材料和製品群

廣東生物材料和製品群

海南生物材料和製品群

京津冀生物材料和製品群

2.產品群

PLA生物降解塑料交流群

PHA生物降解塑料交流群

澱粉基材料交流群

生物基產業交流群

納米纖維素交流群

生物基呋喃新材料，HMF產業交流群

（掃碼進群）