苏州大学潘志娟教授：PHA纤维的现状与发展趋势
《生物基材料技术与应用论坛》将探讨生物基材料前沿技术与产品应用，例如PHA、PLA、bio-PBS等生物基塑料和生物基纤维，重点围绕聚乳酸的改性、加工与下游应用（纤维、膜袋、餐饮具、包装材料等）。
由于石油资源的日益枯竭，以及天然纤维资源有限，充分利用自然界的生物质资源合成高聚物，研制与开发生物质合成纤维已经成为热点。
在纺织服装生产和消费中，“来自于自然，回归到自然”的生态、可持续发展理念，将可进一步引导纺织服装产业按照“科技、绿色、时尚”的宗旨稳步健康地发展。
聚羟基脂肪酸酯（PHA）是由多种细菌在营养不平衡的条件下合成的胞内能源和碳源的储藏性物质（参见图1），是一类β-羟基脂肪族聚酯的总称。
▲图1：聚羟基脂肪酸酯（PHA）
其原料来源非常丰富，各种植物果实、农业生产的废弃物等经不同菌种发酵、分离均可制备得到PHA，是一种广受关注的生物质高分子材料，具有广泛的应用前景（参见图2）。
▲图2：聚羟基脂肪酸酯（PHA）的应用领域
到目前为止，PHA已经有很多结构和性能多样的产品，一般分为以下四代：
第一代：3-羟基丁酸酯（PHB）；
第二代：聚3-羟基丁酸酯3-羟基戊酸酯的共聚物（PHBV）；
第三代：聚3-羟基己酸酯的共聚物（PHBHHx）；
第四代：聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯的共聚物（P3HB4HB或P34HB）。
在PHA纤维的生产中，由于其存在以下缺陷：
（1）熔点与热分解温度相近，加工窗口窄；
（2）热稳定性差，加工过程中易分解；
（3）晶核尺寸较大，结晶速率慢；
（4）玻璃化转变温度低室温下容易二次结晶，结晶度较大，韧性差。
因此纯PHA纤维的加工仍然是一个很大的难题。
近年来，PHA与PLA共混纺丝取得了良好的成效，相关企业和研究机构，已经开发出PHA/PLA共混长丝及短纤维，并且这些纤维能满足纺纱和织造加工的要求，本团队已经研制了系列化的机织和针织面料。
通过绢纺系统可以纺制质量指标与纯绢丝相似的纯PHA/PLA纱线及其与绢丝的混纺纱，PHBV/PLA复合纤维的加入，可在一定程度上提高绢纺织物的硬挺度、平展度及滑爽度，同时可改善织物的光泽，这种混纺面料的抗起毛起球以及透湿、透气性能与纯绢丝织物相似，可作为夏季及春秋季节的服装面料（参见图3）。
▲图3:PHA/PLA复合纤维与绢丝的混纺纱及其织物
PHBV/PLA长丝可以与桑蚕丝交织为具有良好仿真丝绸效果的面料（参见图4），抗起毛球性、透湿性好，手感丰满、挺括，悬垂性好，在时尚女装以及夏季服装中具有广泛的应用前景。
▲图4：PHA/PLA复合长丝及其与蚕丝交织物
尽管微生物合成聚酯——聚羟基脂肪酸酯（PHA）与聚乳酸（PLA）共混熔体纺丝取得了初步的进展，但是这种新型的生物质合成纤维还存在着耐热性偏差，热收缩率偏高，长丝的拉伸力学性能与涤纶、锦纶等常规合成纤维相比有一定的差距，尤其是目前的纤维中PHA的含量偏少。
本团队初步探索了高比例PHA纤维熔体纺丝的工艺技术，将第四代PHA——聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸脂）(P3HB4HB)与PLA共混熔体纺丝，P3HB4HB的含量可以达到40%左右。
由于P3HB4HB具有良好的弹性，因此，P3HB4HB/PLA纤维的韧性更好，纤维最高强度接近1GPa，伸长率可达到80%以上。以第四代微生物合成聚酯P3HB4HB为原料，通过进一步深入的研究与探索，通过熔体纺丝工艺，有望制备出高强高韧微生物合成纤维。
来源：整理自苏州大学纺织与服装工程学院，潘志娟，收录于《中国纤维流行趋势报告2019/2020》
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