生物基化学纤维产业分析

生物基化学纤维产业分析

王小华

身份证：421381198311196419

摘要：生物基化学纤维作为有望缓解资源危机和环境污染的新材料，其原料来源于植物和微生物代谢有机体，是我国新兴战略材料领域重要组成部分，也是建设化学纤维强国的重要支撑。国家大力推动生物基化学纤维的发展是践行新发展理念、“两山”理念与产业实践的结合，体现了纺织化学纤维行业的可再生自然资源综合利用与现代纤维加工技术的完美融合。

关键词：纺织产业；生物基化学纤维；生物蛋白质改性纤维；产业协同

剖析生物基化学纤维的产业发展现状。从新型纤维素纤维、生物基合成纤维、海洋生物基纤维和生物蛋白质改性纤维等4个方面，概述了我国生物基化学纤维的产业化情况。总结了“十三五”时期生物基化学纤维的发展特点和存在的问题。提出了生物基化学纤维的发展措施，并对生物基化学纤维的产业发展和技术水平进行了展望。认为：加大生物基化学纤维产业政策的引导和支持力度、加强培育产品创新力度、注重知识产权保护、建立健全标准体系、完善产业协同机制可有效提升我国生物基化学纤维产业的竞争力。

1“十三五”生物基化学纤维发展特点

1.1 行业技术进步明显

“十三五”期间，我国生物基化学纤维及原料的技术突破与技术创新工作取得了较大的进步。生物基纤维素纤维绿色制造技术取得重大突破，莱赛尔短纤维高效低耗成套制备技术实现了国产化，建成国内首条单线年产3万t莱赛尔纤维示范线，纤维性能优良，应用技术成熟。国内已建成单线年产能6万t莱赛尔短纤维生产线，生产运行稳定；莱赛尔纤维用NMMO溶剂取得突破性进展，国产化NMMO溶剂已应用于生产；莱赛尔长丝技术实现百吨级规模，产品已实现第三代升级；离子液体溶剂法（ILS法）、氨基甲酸酯法（CC法）纤维素纤维绿色制造技术突破了核心关键技术，实现了中试生产。

生物基合成纤维技术进步明显，主要品种实现了产业化。PLA纤维聚合纺丝技术进一步成熟，安徽丰原集团建成了万吨级高光纯乳酸-丙交酯-PLA产业化生产线；生物基PA 56纤维突破了生物法戊二胺技术瓶颈，建成了5万吨级戊二胺、10万吨级PA 56聚合生产线，万吨级PA 56纤维生产线。

海洋生物基纤维的生产及应用技术进一步提升。海藻纤维的物理性能达到了服用纤维要求，建成了5 000 t产业化生产线；纯壳聚糖纤维产业化向上游拓展原料来源，实现原料多元化、国产化，纤维向高质化发展，应用于医用敷料、战创急救、修复膜材、药物载体、组织器官等多领域。

依靠自主创新，生物基纤维及原料多项技术取得突破，为产业化的顺利实现打下坚实基础。生物基化学纤维及原料多项技术取得国家科技进步奖等荣誉。

1.2 标准体系继续完善

“十三五”期间，生物基化学纤维及原料标准工作进程加快。截至2019年，行业共发布实施标准26项，按照标准种类划分，包括GB/T 38135—2019《医用壳聚糖短纤维》国家标准1项、FZ/T 54108—2018《聚乳酸单丝》等行业标准21项、T/CCFA 01017—2016《纤维用褐藻酸钠》等团体标准4项；按技术标准划分，包括T/CCFA 01026—2016《交联莱赛尔短纤维》等产品标准24项目，FZ/T 50037—2017《壳聚糖纤维脱乙酰度试验方法》、FZ/T 50018—2013《蛋白粘胶纤维蛋白质含量试验方法》方法标准2项。

生物基化学纤维属于战略性新兴产业，但处于起步和发展阶段，多数产品尚未制定标准，需积极引导加快生物基纤维及其制品的产品标准、检测方法、应用规范等相关标准的建立，使其在生产、销售和检测时有据可循，提高产品的竞争力。针对莱赛尔纤维的快速发展，制定了FZ/T 52019—2018《莱赛尔短纤维》产品行业标准、T/CCFA 01026—2016《交联莱赛尔短纤维》产品团体标准。差别化及莱赛尔浆粕原料标准已经提出制定，用标准引导莱赛尔纤维产业的健康发展。PLA纤维处于起步阶段，针对PLA纤维的应用开发，制定了T/CCFA 01024—2016《聚乳酸低弹丝》、FZ/T 54098—2017《聚乳酸牵伸丝》产品标准。针对壳聚糖纤维在医卫领域的应用，制定了GB/T 38135—2019《医用壳聚糖纤维》国家标准，对壳聚糖纤维在医疗领域标准化应用起到引导和规范作用。2018年由中国化学纤维工业协会牵头成立生物基化学纤维分技术委员会，对激发标准化工作活力，组织结构的创新与完善，发挥标准的基础支撑起到了积极作用。

1.3 应用领域细分化

随着人们生活水平的逐渐提升，对绿色可持续理念的深入理解，消费观念的转变，人们对生活环境和自身健康日益关注，对“绿色文化”越来越重视，绿色消费已成为时尚。生物基化学纤维的应用定位逐渐明晰。在民用卫材领域，壳聚糖纤维、PLA纤维、莱赛尔纤维、海藻纤维已经用于面膜、尿不湿、妇女卫生巾等一次性可吸收型卫生材料；在医用卫材领域中，海藻纤维和壳聚糖纤维以其天然抑菌和亲肤特点，在医疗绷带、敷料、止血棉等方面得到广泛应用；在民用服装领域，莱赛尔纤维、生物基PTT纤维及PTT/PET纤维双组分复合纤维具有亲肤、舒适等出色性能，在女装、休闲服、运动服领域得到广泛应用。PLA纤维具有亲肤抑菌和生物可降解性能，在床品、袜类、衬衫、内衣、校服、玩具填充等方面获得应用。PHBV/PLA纤维抑菌性能优异，PHBV热降解所产生的PHB抑菌率达99%以上，并有良好的抗病毒效果，在产品品质稳定提升基础上，实现在口罩、袜类、内衣、内裤等领域的应用。生物基蛋白复合纤维，含有多种氨基酸，细柔亲肤、透气、导湿性好，在服装、家用高档纺织品领域形成品牌效应。在军民两用领域，PA 56纤维以其较好的力学性能和染色性能，以及一定的本质阻燃性，在军服装备方面得到开发，应用前景广阔。

2生物基化学纤维发展存在的问题

2.1 关键单体和原料尚未解决

关键单体和原料是制约我国生物基化学纤维产业化进程的重要因素。近几年在绿色可持续发展战略的引导下，生物基化学纤维的受众比例逐年提升，但关键单体和原料及溶剂等方面较国外存在一定的差距，供应体系不够完善。如莱赛尔纤维的专用浆粕和NMMO溶剂依赖进口，国内处于产业化突破阶段；PLA纤维关键原料丙交酯受国外垄断制约，国产丙交酯处于产业化突破阶段，总体纯度较低，游离酸较高，制成的PLA切片指标与进口切片相比，残单含量略高；生物基PA 56关键原料生物基1，5-戊二胺需要进一步解决菌株构建和发酵条件的优化，纤维级聚合树脂品质尚须提升；高效低成本秸秆预处理及生物法乙二醇高效转化、提纯技术处于工程化阶段。

2.2 关键技术和装备仍有差距

生物基化学纤维从原料制备到产品生产过程工艺流程长、关键环节多、技术难度大，跨学科交叉，技术转化瓶颈较多，没有通用的技术与装备，整个环节需重点针对原料单体来源、制备、提纯和合成工艺进行开发。因此，各企业都针对性地开展了工艺技术、装备的自主研发工作。如莱赛尔纤维生产设备中自主研发的关键设备大容量反应釜及薄膜蒸发器设计制作能力不足、高效低耗的NMMO溶剂净化浓缩技术、低浓度溶剂深度处理技术以及溶剂净化废水生化处理技术亟待提升；PLA纤维需进一步攻克高光纯乳酸的无固废制备技术、丙交酯产业化技术等。PTT纤维原料PDO（1，3-丙二醇）精制工艺环节还需继续优化，提高转化率，产品质量还需提升，其副产物BDO（2，3-丁二醇）的量较大，而BDO的市场尚未打开，尚未能实现高附加值利用；1，5-戊二胺生产技术处于产业化起步阶段，一步法戊二胺生产技术尚未突破，PA 56大容量连续聚合及熔体直纺装备关键技术尚未突破。海藻纤维生产采用自主知识产权和自行设计的产业化成套技术及装备，技术尚需进一步优化提升。

2.3 多数品种的产能规模偏小

在生物基化学纤维中，实现万吨级规模化以上生产的品种占比27.7%，多数品种产能规模偏小，其主要在于技术壁垒、单体原料、价格竞争等因素制约其规模化生产。如莱赛尔纤维发展较快，但是单线产能都是1.5万t或3万t的配置，生产效率较低，种类规格相对较少，2019年莱赛尔纤维总产能达13.85万t，实际产量4.3万t；PLA纤维最大规模为万吨级，实际产量都不足万吨，2019年PLA纤维总产能4.1万t，由于原料尚未解决，实际产量只有0.22万t；PTT纤维产业化技术成熟，2019年产能达12万t，由于市场原因，实际产量只有5万t左右；PA 56纤维已建成年产5万t纤维生产能力，处于调试阶段，还未形成实际产量；海藻纤维、壳聚糖纤维企业多为百吨级或千吨级企业，海藻纤维产能0.58万t，实际产量0.13万t。壳聚糖纤维产能0.25万t，实际产量0.1万t。由于企业规模小，多数为中小型科技企业或民营企业，缺乏足够的技术储备及资金，抗风险能力差，生产成本高，产品市场竞争力不强，应用开拓能力弱，从而制约了产业的良性发展。

3 生物基化学纤维发展措施

3.1 突破生物基单体和原料的关键制备技术

开发新型天然植物资源三素（纤维素、半纤维素、木质素）分离技术；优化新溶剂法纤维素纤维浆粕预处理、纤维素溶解、纺丝工艺技术，攻克国产化NMMO溶剂规模化制备技术；利用我国竹、麻、秸秆资源优势，开发竹、麻、芦苇、秸秆、甘蔗渣等新原料基差别化莱赛尔纤维及通用纤维素纤维制备技术；攻克高光纯乳酸、丙交酯、1，5-戊二胺、1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸等重要原料国产化低成本制备技术；攻克L/D乳酸立构复合技术，提高PLA纤维的耐热性、染色性和手感，提升PLA纤维的物理性能，拓展应用领域；突破5万吨级1，5-戊二胺一步法高效制备技术，满足生物基PA 5X纤维规模化产业化需求；大力推进生物基PTT纤维熔体直纺技术，实现规模化、低成本化生产。有序推进离子液法、氨基甲酸酯法（CC法）、TBAH/DMSO混合溶剂法纤维素纤维新技术。大力开发国产虾、蟹壳，野生海藻、养殖海藻，实现海洋生物基纤维原料多元化，攻克壳聚糖纤维、海藻纤维纺丝原液制备及清洁纺丝技术，提升服用纤维性能，扩大应用领域。

3.2 推动生物基化学纤维制备关键装备国产化

重点攻克莱赛尔的国产化成套装备制备。优化浆粕预处理系统、活化反应器、溶剂回收高效蒸发系统（每年大于3万t）、宽幅低速莱赛尔纤维精炼装备技术，开发大容量莱赛尔纤维反应釜及薄膜蒸发器、多孔（7 500孔以上）大容量纺丝组件及配套技术、单线纺丝能力每年6万t～10万t新溶剂法纤维素纤维成套装备；突破莱赛尔长丝高效低成本制备及应用产业化技术，建设万吨级产业化生产线，实现规模化生产；攻克高强高模纤维素工业长丝的清洁生产新工艺及产业化关键技术和设备开发；重点攻克10万吨级L-乳酸→丙交酯→聚合→PLA（含熔体直纺）纤维规模化高效制备技术和设备国产化；攻克PA 56的10万吨级高效大容量连续聚合、熔体直纺技术及成套装备，实现PA 56纤维高性能、低成本化生产。

3.3 推动重点品种的规模化低成本生产

加快推动重点品种产业化和规模化应用，通过重点领域应用示范推动重点生物基纤维品种发展。突破替代石油资源的生物基原料和生物基纤维绿色加工工艺、装备集成化技术，实现产业化、规模化、低成本生产。推动重点品种竹浆纤维、莱赛尔纤维、PLA（含PHBV/PLA）纤维、PTT（含PTT/PET）纤维、PA 56纤维的规模化制备和自主技术水平提升，突破生物基差别化纤维柔性化制备及产业化技术，实现低成本生产；攻克国产藻类、虾蟹为原料的海洋生物基纤维规模化生产技术。

4结语

2025年—2030年，生物基化学纤维总体技术水平达到国际先进水平。行业将着重提高生物基化学纤维及原料的技术创新能力、规模化生产能力、市场应用能力。突破生物基化学纤维国产化装备大型化技术，低成本原纤化控制技术，生物基合成纤维大容量连续聚合及熔体直纺技术，海洋生物基纤维、蛋白纤维等低成本、高品质制备技术，实现下游应用突破；突破制约产业发展的莱赛尔纤维的专用浆粕和NMMO溶剂、高纯度生物法1，5-戊二胺、1，3-丙二醇、2，5-呋喃二甲酸、丙交酯等原料的规模化高效制备技术；实现万吨规模丙交酯国产化，PLA、生物基聚酯、聚酰胺连续聚合稳定生产；突破莱赛尔纤维关键设备薄膜蒸发器的大容量、国产化制造技术，实现莱赛尔纤维单线溶解能力每年不小于3万t；加强海藻纤维、壳聚糖纤维的产业链应用体系建设，实现高品质海洋生物基纱线及其制品的制备；攻克PLA立构复合技术，PLA熔体直接复合纺丝、原液着色技术。进一步完善生物基化学纤维及原料标准体系建设，发挥联盟带动作用，加强品牌建设与应用推广。实现高耐热、防霉抗菌等差别化产品生产，纤维级、无纺级、长丝级生物基降解聚酯稳定化、规模化制备满足一次性医卫材料、包装材料的应用需求。

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