生物基聚酰胺纤维引领产业绿色发展

2020-05-09 03:34
纺织科学研究 2020年2期
关键词:聚酰胺涤纶尼龙

生物基聚酰胺56 纤维作为一种理想的纺织材料,其成熟产业化将引领聚酰胺5X 系列产品的发展,形成跨领域的新产业链和增长点

生物基聚酰胺纤维作为新型功能性纤维,是实现国内生物氨基酸产业与合成材料跨界创造的新材料。生物基聚酰胺56 纤维作为一种理想的纺织材料,是我国纺织产业升级换代的关键材料之一。其成熟产业化将引领聚酰胺5X 系列产品的发展,形成跨领域的新产业链和增长点。

1 聚酰胺纤维行业现状

聚酰胺作为工程塑料最重要的五大材料之一,在军事装备、汽车、高档纺织等多个领域有着重要的用途,全球产量在800 万吨以上,中国的消费量占全球产量的30%以上。品类众多的聚酰胺中,以PA6 和PA66 的工业化应用最广,约占98%。PA66 纤维具有强度高、耐磨性好、吸湿快干性好、密度小、柔软耐低温性好等优点,美军自上世纪60年代以来,一直采用锦纶66 与棉纱混纺生产迷彩作训服。

多年来,中国锦纶行业在国际竞争中处于劣势地位。生产PA66 的关键原料己二胺(己二腈)技术由国外垄断,其中,英威达、巴斯夫等前五位的企业产能占全球的80%,而我国没有自己生产己二腈的技术和能力。外企垄断己二腈的供应,控制着整个尼龙产业链,我国PA66 产业化发展极度受限,生产技术和定价权受国外寡头控制,2018年PA66 树脂价格已经涨价约1.5 倍。我国主要生产PA6,生产增长较快,但存在产能过剩、价格不稳定的问题,从长远来看,由于需求端难以持续跟进,或出现有价无市的局面,后期市场运行偏弱。

受耕地、石油资源的限制,棉花和化纤的产量不能无限增长,丝、毛发展空间太小,可再生纤维是必然选择。对可再生能源和资源的追求,是全球的发展趋势。

2 生物基聚酰胺的突破

1934年杜邦的尼龙发明者Wallace Carothers 最先研究出的是使用戊二胺与二元酸聚合的高性能的尼龙产品,但由于戊二胺价格昂贵,才进一步开发尼龙66 的生产技术,使用己二胺替代戊二胺。目前,由我国自主研发的淀粉发酵法制备戊二胺的生产技术取得关键技术突破,大大降低了高纯度戊二胺生产成本,控制在2.0 万元/吨以内,继而通过聚合纺丝得到具有完整知识产权的纤维新品种PA56。前期研究表明,PA56的强度和比重可以媲美PA66,染色性、吸湿快干性和阻燃性更优于PA66,可以作为PA66 的完美替代品。

多种纤维性能对比

我国秸秆拥有量居世界首位,每年产量约为11.45 亿吨。发展和利用生物技术分解和转化天然纤维素原料,一方面打破了国外公司对尼龙用二元胺产品的市场垄断,另一方面,解决了粮食库存过剩和纤维生产过度依赖化石资源的问题。万吨级尼龙56 纤维生产线的建设,突破我国基础原材料发展瓶颈,实现生物基尼龙纤维材料核心技术的国产化,培育出新的产业链,推动我国由化纤制造向化纤创造转变,努力推动化纤产业的颠覆性发展。

3 生物基聚酰胺应用潜力巨大

目前,国内市场存在产品研发和产业化脱节的问题,上下游市场需求互动少,研发与产业化之间脱节,科研成果的产业化转化率较低。生物基聚酰胺的开发,瞄准终端消费,个性化定制开发,通过引导市场需求,消除过剩产能,同时,延伸产业链条,保持技术领先优势,开发高端产品。

PA56 作为新一代尼龙产品,其源于自然、回归自然,具有较高的生物基含量,综合成本低。PA56 与PA6、PA66 密度相当,与涤纶、PTT相比,密度明显小,具有质轻特点。PA56 的 玻 璃 化 温 度45 ℃~50 ℃,低于PA 66(55℃~60℃),远低于涤纶(70℃~75℃);PA56 的柔软度接近羊绒,混纺产品手感更好、更柔软。PA56 的熔点在260℃左右,接近PA66和涤纶的熔点,远高于PA6 的熔点,可以在140℃以下长期使用。PA56 强度接近PA66,高于涤纶,比棉花高1~2 倍、比羊毛高4~5 倍,是粘胶纤维的3 倍。PA56 耐磨性比棉花、羊毛、粘胶纤维好,在混纺织物中加入此类纤维,可大大提高其耐磨性、延长使用寿命、降低使用成本。PA56 自身氧指数可达29.9 以上,阻燃性能优异。PA56弹性回复性好于PA66,比涤纶的弹性高出许多,当拉伸至3%~6%时,弹性回复率可达100%。替代涤纶,与羊毛或棉混纺,可提高面料抗皱性。PA56 标准回潮率大于5%,远高于涤纶的回潮率0.4%,甚至比PA66 及PA6的回潮率3%~4%还高,优异的吸湿排汗率大大提升了穿着舒适度,夏季增加了服装的凉爽性,冬季减少了静电的产生。PA56 分子链结构更疏松,染色温度比PA66 低,得色更深,可用酸性、分散、活性及还原染料染色。

生物基聚酰胺56 纤维是一种理想的纺织材料,是我国纺织产业升级换代的关键材料之一。其成熟产业化将引领聚酰胺5X 系列产品的发展,形成跨领域的新产业链和增长点。

在纺织服装行业,生物基聚酰胺56 纤维可广泛用于民用长丝、短丝、地毯丝等领域,还可应用于产业用纺织品,如缝纫线、帘子布、气囊、绳网、帆布等领域。在特殊装备领域,可应用于高强防护服装、帐篷等产品,能够满足军警行业穿用和防护需求,提升个体肌体活动力和战斗力。此外,生物基聚酰胺56 纤维在工程塑料行业也有很大的发展空间,可应用于汽车工业、电子产品、高铁、机械自润滑轴承和齿轮等产品,制作汽车发动机罩盖、前照灯灯框,电阻器、连接盒、高铁轨距挡板座、道岔用轨撑座、轨距块、道岔套管。在高铁建设中,PA 塑料紧固件约5000 套/公里,用量大于7 吨/公里,目前多以PA66 为主。

4 需求牵引生物基聚酰胺协同创新发展

生物基聚酰胺纤维作为新型功能性纤维,是实现国内生物氨基酸产业与合成材料跨界创造的新材料,完成了从概念到产业化的技术挑战,以军队需求为依托,以军队科研促进民用开发,关注社会责任、终端消费和未来发展,形成了由科研院所、原料企业、纤维企业、纺织印染企业、服装与终端企业组成的军民融合科研体系,培养了完整的科研队伍,形成了产学研用的科研创新联合体,快速推动产业化和市场发展,形成新的产业链条和经济增长点,以技术革新和科研模式革新为创新引导,努力推动化纤产业颠覆性发展。

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