全球產(chǎn)量大的生物基纖維要數(shù)生物基聚酯纖維，其中生物基PTT由于其優(yōu)良的性能及應(yīng)用使其在近年來快速發(fā)展，受到了高度的關(guān)注。

PTT纖維是聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（Polytrimethylene terephthalate）纖維的簡(jiǎn)稱，是荷蘭殼牌（shell）公司先研發(fā)的一種性能優(yōu)異的聚酯類新型紡絲聚合物，由對(duì)苯二甲酸（或?qū)Ρ蕉姿岫柞ィ┡c1,3-丙二醇經(jīng)酯化（酯交換）、縮聚反應(yīng)得到聚酯，再經(jīng)熔融紡絲制得纖維。PTT的化學(xué)結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)如下圖：

圖1 PTT的化學(xué)結(jié)構(gòu)（上）和立體結(jié)構(gòu)（下）

而生物基PTT纖維采用了來自生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的1,3-丙二醇，更具有環(huán)境友好性。杜邦公司即采用生物法以谷物為原料制得了生物基PTT產(chǎn)品Sorona®，進(jìn)一步制得纖維，應(yīng)用于服裝、地毯等方面，如下圖。方圓化纖公司使用杜邦Sorona®來生產(chǎn)商品名為“Somalor”的PTT纖維，將其應(yīng)用于服裝、汽車、室內(nèi)裝飾及家居織物等領(lǐng)域。

圖2 杜邦Sorona®纖維制作流程

生物基PTT纖維將其他各種纖維如滌綸、錦綸的優(yōu)良性能集于一身，且是可回收可循環(huán)使用的綠色纖維，成為生物基纖維的新星，受到全球的關(guān)注。

1. 原料

生物基PTT纖維與石油基PTT纖維不同的是采用了經(jīng)生物法制得的1,3-PDO。該方法總費(fèi)用比制備石油基1,3-PDO要便宜25%。隨著有限石油資源的過度使用及石油價(jià)格的逐步增長(zhǎng)，生物合成法生產(chǎn)1,3-PDO備受全球關(guān)注。與傳統(tǒng)化學(xué)合成法相比，生物法具有原料來源可再生、反應(yīng)條件溫和、選擇性好，副產(chǎn)物少，環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。

DuPont公司與Genencor公司合作采用微生物發(fā)酵法制備了生物基1,3-PDO并成功投入生產(chǎn)。國內(nèi)各企業(yè)和高校也開始投入生物基1,3-PDO的技術(shù)研發(fā)，如清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華東理工大學(xué)、江南大學(xué)等等，已經(jīng)取得了階段性的成果。目前生物法制備1,3-PDO主要有以下幾種方法：

（1）甘油轉(zhuǎn)化法

甘油轉(zhuǎn)化法是甘油在厭氧條件及菌類（如檸檬菌、丁酸梭狀芽抱桿菌、肺炎桿菌、乳酸桿菌屬等）作用下轉(zhuǎn)化為1,3-PDO。而對(duì)于甘油價(jià)格較高的國家，采用甘油直接制備1,3-PDO的方法成本較高。因此，更低成本的方法如以葡萄糖為底物或生物柴油轉(zhuǎn)化法相繼出現(xiàn)。

（2）葡萄糖轉(zhuǎn)化法

▲一步法：杜邦公司與Genencor公司合作開發(fā)了生產(chǎn)生物基1,3-PDO的一步法，以葡萄糖為底物在基因工程菌的作用下轉(zhuǎn)化為1,3-PDO，該法提高了生產(chǎn)效率，可大大降低生產(chǎn)成本。

▲兩步法：清華大學(xué)提出了以甘油為底料，葡萄糖為輔助底物的生產(chǎn)工藝，葡萄糖在耐高滲酵母的作用下轉(zhuǎn)化為甘油，再由克雷伯氏肺炎桿菌將其轉(zhuǎn)化為1,3-PDO。大連理工大學(xué)采用玉米為原料，經(jīng)兩步法發(fā)酵生產(chǎn)1,3-PDO。

圖3 葡萄糖一步法和兩步法轉(zhuǎn)化為1,3-PDO

（3）生物柴油轉(zhuǎn)化法

每噸生物柴油大約副產(chǎn)100kg甘油，因此由生物柴油得到的粗甘油再經(jīng)生物發(fā)酵制備1,3-PDO具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。2011年，江蘇盛虹集團(tuán)與清華大學(xué)合作，以生物柴油副產(chǎn)物甘油為原料生產(chǎn)1,3-PDO，建成了3萬噸/年的生產(chǎn)裝置。

圖4 生物柴油轉(zhuǎn)化法制備1,3-PDO

表1 生物基1,3-PDO的生產(chǎn)企業(yè)與技術(shù)來源：

2.合成工藝

圖5 生物基PTT纖維的合成工藝

生物基PTT由對(duì)苯二甲酸二甲酯(DMT)或精對(duì)苯二甲酸(PTA)和生物基1,3-PDO聚合而得，再經(jīng)熔融紡絲或靜電紡絲得到生物基PTT纖維。其聚酯合成工藝大致可分為以下兩種：

①直接酯化法(PTA法)：該方法以PTA和1,3-PDO為原料，在催化劑的作用下發(fā)生酯化反應(yīng)，得到中間的產(chǎn)物BHPT，然后進(jìn)一步進(jìn)行縮聚反應(yīng)制得PTT。

②酯交換法(DMT法)：對(duì)苯二甲酸二甲酯(DMT)與1,3-PDO進(jìn)行酯交換，酯交換在140～220℃進(jìn)行，采用Ti系催化劑，先脫除甲醇，升溫至270℃并減壓到5kPa進(jìn)行縮聚，制得PTT。

與DMT法相比，PTA法生產(chǎn)成本較低，工藝成熟、合理，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生水比甲醇更容易處理，回收過程更簡(jiǎn)化，并能減少環(huán)境污染。因此，直接酯化法是大規(guī)模制備PTT的主要方法。

3. 性能

PTT纖維的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)呈光滑條形狀，且光反射、折射較強(qiáng)，纖維光澤較強(qiáng)；表面有空隙，有一定的導(dǎo)濕、透氣及保暖性；可制成各種不同截面形態(tài)的纖維產(chǎn)品，還可在制造過程中直接加工成有色PTT纖維，方便選用。

PTT纖維的“Z”型螺旋結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)于其他纖維高彈性和良好的回彈性能。由于PTT纖維具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使其可常壓染色，由于PTT特殊的結(jié)構(gòu)，染料更容易進(jìn)入纖維內(nèi)部，所以染色性能要優(yōu)于PET纖維。PTT纖維將各種纖維的優(yōu)點(diǎn)集于一身，如滌綸的抗污性，錦綸的柔軟性，腈綸的膨松性。PTT的伸長(zhǎng)性同氨綸一樣好，與彈性纖維氨綸相比更易于加工，非常適合用于紡織服裝面料。

圖6 Sorona®纖維的優(yōu)良性能

PTT纖維還有良好的熱穩(wěn)定性，抗褶皺性，抗靜電性，抗紫外線等。PTT纖維與其他纖維的性能比較見表2。

表2PTT纖維與PET、PA6、PA66纖維的性能比較：

4. 應(yīng)用

PTT纖維的優(yōu)良性能使其非常適合用于服裝面料。其良好的染色性和印花適應(yīng)性可用于生產(chǎn)各式各樣的染色面料，耐污性可使衣物更便于護(hù)理與清洗，其柔軟的手感與彈性，較低的吸水性以及良好的懸垂性可提高衣物的穿著舒適度。將PTT纖維與其它纖維混紡可得到更優(yōu)性能的制品。比如，PTT纖維與棉、粘膠、天絲、麻等纖維素纖維交織，其手感和抗褶性好，可用于針織內(nèi)衣、機(jī)織面料等。

PTT與桑蠶絲交織用于記憶面料，可彌補(bǔ)桑蠶絲產(chǎn)品難打理的缺陷。PTT纖維用于記憶面料可使其更輕薄，更柔軟親膚，更吸汗透氣。

圖7 杜邦Sorona®在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用

PTT具有優(yōu)良的抗污性能，且抗靜電性好，可用于地毯的生產(chǎn)制造中。同時(shí)，PTT纖維也是可用于制備非織造布的良好材料，還可應(yīng)用于其他的領(lǐng)域，如床上用品、裝飾物、汽車腳墊、織帶等。目前，PTT纖維獨(dú)特的性能及優(yōu)點(diǎn)使其發(fā)展速度迅猛，發(fā)展前景良好。隨著對(duì)PTT纖維加工與應(yīng)用研究的不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏佣嘣?/p>

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