生物基化学纤维产业发展现状与展望

面比较成熟,但是其产业规模、生产成本和产品质量还有待进一步改进。

2)聚羟基丁酸羟基戊酸酯(PHBV)和聚乳酸(PLA)共混纤维

3)聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT)纤维

4)聚对苯二甲酸1,4-丁二醇酯(PBT)纤维

5)聚对苯二甲酸混二醇酯(PDT)纤维

6)聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维

PBS纤维,目前处于以基础研究为主阶段,已有试验线建成,但工业化的技术装备还在探索阶段,产品在服装、产业用领域、医疗器材等领域具有广泛应用潜力。

7)聚酰胺(PA56)纤维

PA56纤维的单体戊二胺用生物法生产,将戊二胺和己二酸聚合、熔融纺丝得到生物基聚酰胺(PA56)纤维。PA56纤维在吸湿排汗、可染色性、舒适度、弹性、耐磨性、阻燃性等方面都展示了极其优异的性能,广泛应用于地毯、高级箱包、服装、安全气囊丝等领域。目前,上海凯赛生物产业有限公司1000t级中试线已取得产业化突破。将PA56树脂与聚酯通过共混、混纺和共聚等形式纺出高质量的超仿棉纤维,对提升我国涤纶产品质量提供了一条有效途径。

8)蛋白质复合纤维

1)壳聚糖纤维:以虾、蟹壳为原料,通过湿法纺丝制得的一类纤维,具有天然抗菌、抑菌功能。产品在航天、军队、医疗、防护、服装等领域得到广泛应用,主要生产地为山东、天津等。主要生产企业有海斯摩尔生物科技有限公司、天津中盛生物工程有限公司等,企业拥有完全自主知识产权,国内总产能2500t/年。

1)乙二醇(EG)

2)1,3-丙二醇(PDO)

3)1,4-丁二醇(BDO)

BDO是重要的乙炔系化工原料,化学法生产BDO路线有Reppe(雷珀)法、正丁烷/顺酐法、丁二烯法和环氧丙烷法等,其中Reppe法和正丁烷/顺酐法是1,4-丁二醇最主要的两种生产方法。

生物发酵法生产BDO在国际上已经实现了工业化生产,2013年美国吉诺玛蒂卡公司和杜邦泰特乐利生物产品公司使用常规糖类为原料,采用直接发酵方法,生产出超过2200t的BDO,标志着生物法BDO成功实现商业化生产。我国生物法生产BDO还处于研究阶段。

4)聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)

PTMEG是由四氢呋喃经阳离子引发开环再聚合而制得的一类具有不同分子质量的直链聚醚二元醇,是合成聚氨酯弹性体、聚氨酯弹性纤维的主要原料,在石油化工、机械、军工、造船、汽车和合成革等领域具有广泛的应用。PTMEG的生产所需四氢呋喃的生产方法很多,根据原料不同,目前所采用的生产工艺有1,4-丁二醇(BDO)脱水法、糠醛法、丁烷直接转化法。其中,BDO脱水法是目前的主要生产方法。糠醛和BDO均可以采用生物原料制取,是实现可持续发展的工艺技术路线。糠醛是由农副产品玉米芯加10%硫酸,经高温水解后得到的聚戊糖裂解后脱水而得。国内PTMEG主要用于生产氨纶和聚氨酯弹性体。

5)乳酸(LA)

中国科学院微生物研究所、浙江海正药业股份有限公司以及安徽丰原集团有限公司等单位较早地开展了乳酸的生物炼制技术研究与开发,随着聚乳酸需求量的日益增加,通过生物炼制生产乳酸的规模将会进一步扩大。

我国的乳酸生产多以玉米淀粉为原料,生产企业比较多,目前在生产的企业主要有安徽丰原格拉特乳酸有限公司、河南金丹乳酸科技股份有限公司、宁夏昊凯生物科技有限公司、武藏野化学(中国)有限公司、江苏森达生物工程有限公司、重庆博飞生化制品有限公司等。总产能20万t/年,实际产量7-8万t/年。

6)丁二酸

丁二酸又名琥珀酸,是一种常见的天然有机酸,广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。目前丁二酸大多数仍采用化学法合成,其原料依赖于化石资源。随着化石资源日益枯竭和生物法制备丁二酸的技术进步,利用生物转化法大规模生产丁二酸的方法引起越来越多的国家重视,近年来已成为全球研究的热点。

以生物资源为原料的方法有淀粉→葡萄糖→丁二酸路线。我国目前尚未见有以生物法生产丁二酸的报道。

7)己二酸

己二酸(ADA),又称肥酸。主要用于生产尼龙66盐、聚氨酯、合成树脂及增塑剂等。目前,工业化的己二酸生产工艺除住友公司采用由己内酰胺副产物回收己二酸外,其他企业全部采用KA油(环己酮K和环己醇A混合物)或纯环己醇经硝酸氧化制己二酸。目前正在开发的清洁生产工艺主要有环己烷氧化法、环己酮氧化法、C4烯烃法以及生物催化法。生物法包括采用生物原料和采用生物酶催化的工艺,以D-葡萄糖为原料,经生物催化制备己二酸或用酶在合适条件下将环己醇选择性转化成己二酸。

加拿大IntratecSolutions公司进行了生物基己二酸生产工艺的经济性评估,由于生物法工艺原料成本较低,因此在替代石油法己二酸生产工艺方面具有较好的前景。多家公司加快研发,提高产品收率及选择性,将使生物法工艺更具经济性优势。

8)长碳链二元酸

长链二元酸是生产长链聚酰胺树脂及长链聚酰胺纤维的主要原料。长链二元酸可以用化学法或者生物法来生产,生物法生产长链二元酸反应条件温和,在常温常压下进行,环境友好,并且可以生产从十一个碳到十八个碳的多种长链二元酸。

2014年,国内建成了万吨级采用植物油生产烷烃的装置,并通过生物转化生产出生物基长链二元酸。这使得我国生物法长链二元酸的菌种、发酵和提取、精制工艺拥有完整的知识产权。

9)戊二胺

戊二胺是一个重要的C5平台化合物。以生物基戊二胺为原料生产聚酰胺56、510、512等已实现工业化生产。我国已经拥有了生物法生产戊二胺的产业化技术,高效菌种和提取精制,从淀粉糖或秸秆纤维素制备戊二胺。

生物基戊二胺合成的异氰酸酯,作为聚氨酯单体,不但具有脂肪族异氰酸酯优良的机械性能、突出的化学稳定性和优秀的耐候性,其奇数碳的结构使得聚氨酯与物体表面结合更加牢固,在汽车和家具涂料上得到广泛应用。

目前,我国的生物基纤维生产企业间互相保密,缺乏交流,一些基础研究工作互相重复。因此,尽管各企业均拥有一定的自主研发技术、部分自己设计或加工的设备,但工程化关键技术与设备的水平尚未达到最优。科研院所、高校、企业对生物基原料研究多,但1,3-丙二醇、丙交酯、乳酸等关键原材料制备技术和核心菌种均依赖国外。Lyocell纤维生产原料溶解、溶剂回收系统等关键设备与国外先进技术尚有差距。

生物基化学纤维所需的原料及溶剂、助剂和国外同类产品还有一定差距,没有形成良性供应体系。下游产品门类多,基本上定位于纺织、医卫材料领域,且缺乏优势品种和知名品牌。农林牧海产品加工-生物发酵-纤维加工-纺织品应用产业链尚未有效形成。科研人员对海洋、农林资源的利用和开发与国家可持续发展的重要关系认识不足,原创性工作少,缺乏扎实、系统的基础研究。

针对生物基化学纤维及原料快速增长的发展需求,以推动生物基化学纤维产业的创新、规模化发展为核心,着力发展非粮原料,壮大我国生物基化学纤维产业的总体规模,加快化纤工业转型升级和绿色增长,提高生物基化学纤维的替代比例,促进化纤工业产业结构调整、创新升级和可持续发展。

开发可再生高分子聚合物或关键单体的微生物制备、生物质原料的绿色加工工艺,推进原料制备与纤维生产一体化技术,实现规模化生产。提高生物基纤维的综合性能,开发功能性产品,实现低成本化生产,推进生物基纤维在纺织服装、家纺、产业用等领域的应用示范。扩展新型生物基纤维在国防、航空、航天等高新技术领域的应用。

完善生物基化学纤维及原料标准化体系,推动标准国际化进程;发挥已有联盟作用,建立产学研用合作开发体系,推进产业化技术和应用开发;开展生物基纤维制备共性工程技术及其公共平台建设,研究关键基础技术,开发成套装备,建立资源共享数据库。

推动生物基材料产品的认证机制与财政补贴、税收优惠政策的制定。用促进产业发展的政策,降低市场风险和资金风险。一是,国家制定财政补贴和政府采购优先政策。设立生物基化学纤维及原料的财政补贴专项资金,在政府集中采购工作中,优先采购获得认证的生物基材料产品。二是,制定生物基材料行业所得税和增值税优惠政策。生物基化学纤维及原料生产企业自投产年度起减免所得税和增值税;对利用废弃物为主要原料进行生产的企业,免征所得税。三是,调整出口退税和关税率。

强化科技在发展生物基纤维中的地位和作用,进一步加大培育产业技术创新能力的力度,部署和建设一批技术平台,加大关键核心技术攻关力度,抢先形成一批自主知识产权,提升产业总体技术水平,增强生物基化学纤维的经济竞争力。支持生物基化学纤维及原料技术创新及产业链联盟建设,建设公共技术服务体系,组成优势互补、产学研相结合的攻关队伍,形成基础研究、技术攻关、技术推广、产业化应用互相联动的研发格局,对产业化过程中的关键问题、共性问题组织跨学科协同创新,共同突破产业发展的技术瓶颈。

发展生物基化学纤维要做到与节能环保、废物利用相结合,重点部署一批共性关键技术的研发和推广,围绕绿色设计技术、绿色制造工程、绿色产品开发、回收再制造开展科研攻关,重点推广企业节能、公用工程节能、清洁生产技术、绿色环保工艺技术,提高经济增长的质量和效益,加快建设资源节约型和环境友好型社会。

以“中国化学纤维工业协会·恒逸基金”为科技推动力,鼓励行业科技人才切实有效地开展学术研究,推动行业技术进步,营造学术氛围,建立激励机制、推广创新成果。

强化企业知识产权意识,加强知识产权保护,建立健全技术资料、商业秘密、对外合作知识产权管理等法律法规,保障知识产权所有人的合法权益,促进自主创新成果的知识产权化、商品化、产业化,提升行业知识产权创造、运用、保护和管理能力。

THE END
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