植物化再生合成材料的未來

1664年，英國著名科學家羅伯特·胡克（Robert Hooke）提出了“植物被蠶吃掉可紡成絲”的理念，業界稱這是對蠶飽食后可紡絲這一生物過程過度簡單化。盡管如此，再生纖維素纖維，即人造纖維的出現，給予了女性服裝和技術紡織產業支持，由于二戰時期的強制限制，其發展受到抑制。因這種纖維能發出太陽般的光澤，激發了“人造纖維”的靈感，使其成為合成纖維產業希望的化身。20世紀初，粘膠纖維進入商業市場。

對可持續合成產品的需求

循環紡織經濟利用再生棉織物的強化型纖維素為可持續性制造提供解決方案。對樹脂進行機械紡織處理后，另一種合成纖維產業也隨之誕生，但它卻對全世界的土質和水生態系統造成了威脅，尤其是隨著纖維生產速度超過天然纖維的降解速度，以及不可降解的合成纖維大量涌入，它對地球環境產生了不言而喻的影響。人類該如何阻止這種全球性污染？我們賴以生存的食物是否也能以微纖維和塑料化物質為食？

目前人類所能做的，是選擇對紡織產品進行負責的消費和回收利用。胡克的理念或能引發另一場變革，因為紡織市場中充斥著生物可降解合成材料，其物理性與大多數普通合成材料呈相互競爭態勢。除了操縱其性能外，我們還需負責地獲取可再生生物材料，采用綠色生產技術。此外，制造商需確保可生物降解材料的耐久性并讓合成材料擁有相當的強度。

由于這一領域的出現，聚合物科學家和紡織纖維工程師應運而生。在他們的努力下，這一領域獲得長足的發展，并擁有了舉足輕重的地位。聚合物科學從化學、物理和生物學學科中誕生出來，卻不屬于其中任何一個領域，于是有了這樣的專業——聚合物學。現在，聚合物學通過綠色制造來創造新的紡織纖維。為了解決全球性纖維污染所帶來的問題，人類需認真考慮生物可再生樹脂和相關加工步驟，最大限度減少合成纖維產業對環境的影響。對此，聚合物學扮演著十分重要的角色。

可再生生物材料創造新的條件

可再生生物材料必須從收獲的軟木和棉花中得到嗎？可利用不可食用的農業廢料做原料嗎？人類社會能否更好地利用種植作物，將廢棄農副產品用于增值產品？事實證明，秸稈、谷殼和作物莖稈等廢棄副產品也的確能合成聚合物。使用這些生物材料可使廢棄物變為再生產品，這就相當于更有效地利用了農業用地和水資源。由此看來，創新的潛力無處不在。

美國北卡州（NC State）威爾遜學院福特研究團隊正在進行再生纖維和纖維加工用生物添加劑的產業協作和相關研究，他們努力應對上述提及的挑戰。如，從衣物回收得到再生纖維。美國泰頓（Tyton）生物科技公司通過水熱技術生產而得到再生纖維素纖維。其原理是，加熱過程中添加了一種綠色反增塑劑葡萄糖酸，這種纖維的干模量增加了4.8倍（未加入添加劑的纖維為129克/旦），濕模量顯著增加了1.75倍（原為80克/旦）。

反增塑技術是塑料工程師用來給模制塑料和薄膜的模量改性并使其具有拉伸性的一種技術，雖然其研究程度還低于塑化技術，但卻改善了加工用聚合物的流動性，這尤其適用于新型纖維制造業。BPA，即雙酚A，曾被禁用于食物容器以及嬰幼兒使用的塑料制品，是一種很不受歡迎的反增塑劑。目前，因消費者擔心其致癌，因此“無BPA”的塑料產品在市場更受歡迎。

雖然纖維產業不乏反增塑化，但業界一直沒能真正認識它。一些添加劑通過二次粘合與基體聚合物共結晶，將其摻入可能增加紡織纖維的模量，這種在聚合物和葡萄糖酸（其中一種有4個羥基組的六碳二羧酸）之間發生相互作用。

美國卡萊昂（Kalion）工業生物技術公司通過綠色發酵技術，得到有機合成葡萄糖酸。這種葡萄糖酸添加劑將反塑化劑提升為聚合物類型，它需要符合相關等級并符合相關的加工條件。這種葡萄糖酸添加劑的分子結構表明，并非所有反塑化作用都一定包含芳香族聚合物，而在歷史上，芳香族小分子也曾被用作反增塑劑。

依賴聚合物科學實現創新

自然界中也有豐富的芳香族反塑化劑，它存在于植物的細胞壁中，即植物生命的接合劑——木質素。在紙漿和紙張加工過程中，業界可從木纖維素中提取木質素，但非所有木本植物中都含有木質素。如何將木質素紡制成高增值產品也存在諸多挑戰，包括如何將其紡成商業纖維，改善其與其他樹脂的相容性，以生產出具有合理強度的生物合成物，并真正在高木質素含量下實現反塑化。

通過科學化的聚合物紡織方法，福特團隊已實現生物合成纖維中20%～50%的木質素化，且不減少其拉伸模量，而對其進行了改善。業界的長期目標是與工業界合作，獲得以木質素纖維為主的碳纖維。

合成纖維產業因此受到自然界的啟發，其發展也受自然潮流的激勵。21世紀紡織纖維產業業已成熟，現在可采用有機原料和過去廢棄的原料做來源。如何制造可持續的新合成纖維，要實現循環紡織經濟，這需要業界合作，也需要廣大消費者參與。若能對可回收材料進行分類，那么它所起的潛在作用將無與倫比。雖然這些目標看起來很高大上，但要使再生纖維產業化，業界追根到底需要創新，且需要落實到聚合物學上來。

（據美國高級紡織資源網https://advancedtextilessource.com/2020/01/27/the-future-with-plant-regenerated-synthetics/近期資料）