求纺织类毕业论文

纺织材料生态化及其发展趋势

摘 要:从采用绿色原料、利用生物技术和开发可降解纤维3方面,综述了纺织材料生态化的发展现状,指出循环材

料开发和使用是纺织生态材料发展的趋势。

关键词:纺织材料;绿色;生态化;趋势

目前在全球可持续发展战略影响下,许多国家都在致力于

研究既不影响生态环境,又能利用生态资源的新型纤维。并提

出纺织用材料必须经过毒理学测试,具有相应标志,符合环保、

生态、人体健康要求。纺织材料生态化已成为全世界关注的发

展方向。采用绿色原料开发生态纤维,利用生物技术发展可降扮咐搭

解纤维,选择节约资源、可回收利用纤维原料已成为目前纺织生

态材料发展的趋势[1~2]。

1 采用绿色原料开发生态纤维

利用绿色原料开发生态纤维已成为获得生态型纺织材料的

主要途径和研究、开发热点。从食用的香蕉、小麦、大豆、玉米、

牛奶、虾、蟹等到木材、昆虫、蜘蛛都成为了生态纤维材料的来

源。现今的绿色原料包括原生态自然物质,以自然物质为基础

的提炼物及原有纤维的再加工产物3种[3]。

1・1 利用原生态自然物开发生态纤维

自然界中原生态的物质即常规的天然纤维,以其自然本色

和环保特性赢得人们喜爱。但天然纤维并非完全无毒,如天然

纤维在生长过程中所施用的化肥及杀虫剂等化学药品是有害物

质进入的主要途径。目前生态天然纤维主要致力于开发对杀虫

剂和除草剂较少依赖的天然纤维和新型绿色纤维,如有机棉、有

机麻等。同时许多新型原生态的纤维原料如木棉、菠萝叶纤维、

香蕉茎纤维、竹纤维等生态纤维也在积极的开发与应用中。发

现更多的天然纤维材料,进一步扩大天然纤维的可利用性,使天

然纤维材料的发展日简袭益扩大是当前利用原生态的自然物质开发

生态纤维的主要研究方向[4~5]。

1・2 用自然物的提取物开发再生生态性纤维

直接取自天然高分子物质,以自然物质为基础的提取物可

形成绿色环保纤维,如Tencel、Modal、大豆蛋白纤维、牛奶、海藻

酸钠纤维、甲壳素纤维、竹浆纤维等。这些纤维多属于再生纤维

素或蛋白质纤维类,纤维本身主要由纤维素或蛋白质组成,易生

物降解,符合环保要求。有关再生生态纤维方面的研究较早也

较多,许多纤维的开发和应用也较成熟[6]。如甲壳素纤维,所用

甲壳质广泛存在于虾、蟹等水产品和昆虫、蜘蛛等节肢动物的外

壳中,也存在于菌类、藻类的细胞壁中。甲壳质纤维是一种可降

解的环保型动物纤维素纤维,废弃后可被微生物分解。这种纤

维具有生物活性,有良好的吸附性、粘结性、抗菌性和治伤性能。

它是自然界唯一带正电荷的动物纤维,对危害人体的大肠菌杆、

金色葡萄球菌等具有较强的抑制能力,适合制造特殊的医用功

能纤维产品。此外,近年开发的新型蛋白复合蚕蛹蛋白粘胶长

丝纤维,利用与粘胶纺丝原液共混,纤维素形成芯部,蛋白质集

中于表面,构成分子上的稳定结合,形成具有特定皮芯结构的蛹

蛋白粘胶皮芯复合长丝。纤维中蛋白质含量为10%~20%左

右,纤维与皮肤的亲合性好,保健功能显著[7~8]。

1・3 利用原有纤维的再加工开发生态性纺织材料

采用自然原料通过高分子化学合成的方法可加工、生产生

态纤维材料,如聚乳酸纤维(PLA)、聚羟基乙酸纤维(PGA),及

它们的聚合纤维(PLGA)。这些纤维原料资源可再生和重复利

用,使用过程安全。纤维开发途径包括微生物合成生态纤维和

化学合成高分子生态材料。

由微生物合成的聚羟基链烷酸酯、短梗霉多糖、功能蛋白高

分子等都可以纺制成纤维。另外,微生物还可直接用于生产可

生物降解的纤维。如短梗霉多糖(Pullulan)纤维就是以谷物或

马铃薯为原料,由出芽短梗霉产生的一种胞外水溶性多糖(由麦

芽三糖1,6键接形成的聚合物)合成,其强度和硬度等物理性质

与聚苯乙烯相当。Pullulan纤维具有平滑、透明、光泽好、强度高

(与尼纶相当)、无毒、无味、无色、能生物降解的特点,适合作手

术缝合线和医用敷料。还可利用多糖液中培养出的细菌(膜醋

菌)获得直径大于40 nm的生物纤维丝条,用微菌类霉菌体合成

支化营养菌丝或长度达几厘米的由孢子囊柄组成的丝条,分离

纯化后丝条能够织成无纺布,用于湿法无纺布的厅拿过滤材料[9]。

化学合成高分子材料是将天然物质通过化学加工方法合

成,如美国杜邦公司2000年10月投产的索罗那(Sorona)纤维

就是以玉米为原料的全新多聚体化合物。其纤维制品在舒适、

耐磨、弹性、抗皱、防护等性能方面,大大优于现有的化纤制品。

制成的人造皮革更柔软,更似真皮,且可回收再利用,为重要的

环保产品。还有以玉米、小麦等农作物为原料发酵成乳酸再聚

合而成的高分子化合物聚乳酸纤维(PLA)等[10]。

2 运用生物技术和基因工程开发生态纺织材料

将现代生物技术巧妙地用于纺织纤维的开发,不仅能有效

地改进现有纺织原料的不足,还可根据需要开发出适合纺织生

产的新型纺织纤维,为纺织原料研发开辟新的途径。

天然彩色棉纤维是美国科学家利用基因改性技术开发出的

一种新型棉花品种,通过将彩色基因移植到白棉DNA中而获

得。彩棉产品省去染色、印花等工序,减少了加工污水的排放和

能源消耗,实现了从纤维生长到纺织成衣全过程的“零污染”。

利用基因改性技术可生产抗虫棉,避免农药对环境及棉本

身造成危害。中国农科院等单位将苏芸金杆菌的毒蛋白基因转

入棉细胞内,培育出了十多个抗虫棉品种,能产生一种对抗鳞翅

目昆虫的毒素,抗棉铃虫能力达80%以上。此外,转基因抗蚜

虫棉、转基因抗虫抗病棉也相继培育成功,已在我国实验推

广[11]。

利用现代生物、基因工程技术还可向棉纤维中引入其他成

分,形成天然多成分棉,改善棉纤维的性能。如利用在棉纤维中

腔内具有可生物降解的聚酯内芯来生产天然的涤棉混合纤维,

或引入动物纤维蛋白,从而形成含动物纤维的天然多成分棉,对

改善棉纤维自身的不足,提高棉纤维的性能有很大贡献[12]。

五彩丝、彩色羊毛的取得主要靠蚕的基因突变。利用染色

体技术把需要的基因组合输入家蚕体内,培育出能吐彩丝的新

蚕种。选择合适的彩色基因导入绵羊体内,也可培育出具有天

然色彩的彩色羊毛[13]。

运用现代生物技术还可扩大纤维的生产。例如,蜘蛛丝因

具有超高强力是开发高强织物的理想原料,但如何获得大量的

蜘蛛丝来满足纺织生产的需要就成了产品开发过程的难题。为

此,加拿大Nexia公司将从蜘蛛丝蛋白中分离出的有关基因转

入奶牛和山羊的乳腺细胞中,从其分泌的乳液中获得经过重组

的蜘蛛丝蛋白,并从中提取到与蜘蛛丝性能相似的丝蛋白纤维。

此外,还可利用微生物发酵技术从蜘蛛丝蛋白中分离出有关基

因,人工重组到可以用发酵法大量生产蛋白质的诸如大肠杆菌

或酵母菌等微生物体内,在其细胞中产生蜘蛛丝蛋白[14~15]。

3 可生物降解材料开发

可生物降解纤维是指在一定时间和适当的自然条件下能够

被微生物(如细菌、真菌、藻类等)或其分泌物在醇或化学分解作

用下发生降解的纤维。可生物降解纤维制成的纺织品,通常在

微生物作用下,可分解为二氧化碳和水等对环境无害的物质,是

理想的石油类纤维材料替代品。降解采用的方法有堆肥降解、

土地埋入降解、在活性污泥中降解、海水浸渍降解,以及在聚合

物中通过添加组分进行共聚来加速降解等。目前美、欧、日对可

生物降解纤维的研究处于领先地位,我国的研究起步较晚[16]。

常见的天然纤维及目前研究较多的纤维素纤维、蛋白纤维、

甲壳素纤维、淀粉纤维等都具有良好的生物降解。而合成纤维

可降解中较大的一类是水溶性聚合物,它是一种亲水性的高分

子材料,在水中能溶解或溶胀形成溶液或分散液,其分子链上一

般含有一定数量的强亲水基团(如羧基、羟基、氨基、醚基和酞胺

基等)。常见的生物降解性合成高分子有聚乙烯醇(PVA)、聚丙

二醇(PPG)和聚乙二醇(PEG)等。聚乙烯醇(PVA)是人们最熟

悉的水溶性高聚物,它在纤维和纤维改性及制作膜材料等方面

都有广泛的应用。Planet Packaging Technologies公司用PEG

共混制造生物降解高分子材料。美国Air Product & Chemical

公司也开发了一种商品名为Vinex的材料,它是由聚乙烯醇和

聚烯烃、丙烯酸酯接枝聚合而成,材料具有可降解性[17-18]。

另一类是利用自然界中存在的天然物质经化学加工形成的

合成纤维,如聚乳酸纤维(PLA),虽为合成纤维,但其原料来源

于地球上不断再生而取之不竭的农作物,其废弃物埋入土中后,

在土壤和水中微生物作用下大约经过1~2年时间,纤维可被完

全分解为CO2和H2O从而发生降解[19]。

虽然可降解纤维材料的开发已取得一定进展,但研究进行

得还很不够,也没有取得较大的突破。随着人们生活水平的不

断提高,对可生物降解功能纤维需求的增长,可以预见在新技术

的应用和新材料的涌现下,可生物降解纤维将会被更广泛地应

用[20~21]。

4 生态材料的发展趋势

循环材料最基本的特点就是在主产业链上向前、向后延伸,

实现闭合循环发展,使所用的原料和能源在不断的循环中得到

合理利用,节约生态资源。现代纺织要求材料可循环、再生,产

业发展可持续,因此,循环材料的开发和利用应是未来生态材料

发展的趋势。最近日本提出了“完全循环型”新概念,要求彻底

实现纤维从原料使用到最终制品回收全过程完全循环。吉玛公

司、杜邦公司对聚酯等装置也提出了“全循环”概念[22]。

天然纤维材料是地球上巨大的再生性生物高分子资源,作

为“从自然产生又回到自然”的资源循环型材料,具有不可替代

的发展优势。人造纤维材料作为传统的纺织材料,其原料多为

天然可再生的非石油资源(木、棉、亚麻、竹、麦杆等),符合可持

续发展的需求。合成纤维多为石油化合物,而石油属原生资源,

且常规合成纤维具有不可再生、不可降解性。目前合成纤维如

何进行回收再生是生态材料研究的重点,也是治理环境污染,节

约资源和能源,促进合成材料循环使用的一种最积极的废弃物

处理方法。已开发了有回收聚合物、纤维的原料再循环和回收

单体的化学再循环系统[23~25]。

回归自然、适应环境是纺织材料总的发展趋势。生态化纺

织材料的发展为保护生存环境,实现纺织工业可持续发展提供

了保障,符合21世纪绿色环保型时代的要求。随着社会的文明

和进步,可认为未来的纺织工业将是绿色生态工业。

参考文献:

[1] 吴湘济,沈 晶.纺织工业绿色纺织品的设计与开发[J].上海工程

技术大学学报,2002,(12):298-317.

[2] 黄 猛.我国绿色纺织品的现状及发展趋势[J].棉纺织技术,

2000,(2):31-33.

[3] 甘应近,白 越,等.绿色纺织品的现状与展望[J].纺织学报,

2003,(6):93-95.

[4] Peter F Greenwood,Consultant.How green are cotton and linen?

[J].textiles,1999,(3).

[5] 付群锋.浅谈新世纪纺织面料的发展趋势[J].印染,2000,(7):49

-50.

[6] A P Aneja,等.21世纪的纤维[J].国外纺织技术,2000,(1):1-3.

[7] 李晓燕.生态纺织纤维的性能与应用[J].棉纺织技术,2002,(11):

际蓝论文网版权声明：以上内容作者已申请原创保护，未经允许不得转载，侵权必究！授权事宜、对本内容有异议或投诉，敬请联系网站管理员，我们将尽快回复您，谢谢合作！