玉米是一种非常多功能的农产品,作为确保粮食安全的重要的粮食品种之一,玉米供给和需求变动会严重影响粮食安全。为什么玉米如此重要呢?主要原因是玉米是一种非常多功能的产品。
用玉米淀粉做成的被子,堪比钢丝般强度的纺线,甚至有人工织造的血管……
如今的纺织业超乎想象。山东是纺织大省,2021年全省现代轻工纺织产业规模以上企业共计6859家,实现营业收入1.8万亿元,占全省规模以上工业的17.6%。今年山东将现代轻工纺织产业列入“十强产业”,传统产业向“新”而生。
1、玉米淀粉做成的被子
“聚乳酸可降解风衣”“聚乳酸环保运动裤”“聚乳酸抗菌床上用品四件套”……在购物网站浏览,发现不少纺织服装品牌都推出了聚乳酸系列产品。
聚乳酸是塑料的替代材料,多用来生产可降解餐具和购物袋。它怎么“闯”入了纺织界?
“玉米抱抱被”,是因为聚乳酸纤维又叫玉米纤维,多由玉米等植物提取的淀粉制成。聚乳酸纤维在土壤中经过一年到三年的时间就可以完全降解,变成水和二氧化碳,燃烧时不会造成污染,符合环保消费理念的期待。聚乳酸纤维天然的弱酸性环境,对细菌的滋生有抑制作用,可以驱避粉尘螨,还具有吸湿导汗、抗紫外线、低可燃性等特点,可以满足消费者对产品迭代升级的需求。
高耗能、高排放曾是传统纺织行业的特征。数据显示,纺织服装业碳排放量占据全球碳排放量的10%,是仅次于石油的第二大污染行业。从自然中来,到自然中去,聚乳酸纤维契合“越环保约时尚”的纺织消费新理念。
可正是由于聚乳酸纤维易降解,增加了将它生产为纺织品的难度。“聚乳酸纤维在高温下降解速度加快,而纺织业中的染色、印花等环节大多是高温环境;聚乳酸纤维表面光滑,但纺织成高品质细纱的难度大。我们也在不断地调整工艺,攻克技术难关,使产品以更完美的形态送到消费者手中。除被子外,目前已有衬衣、盖毯、窗帘、床上用品四件套等产品,之后还将紧跟市场前沿,继续开发聚乳酸纤维新品。”文洪杰说。
这条毯子的“魔力”源于毯“芯”——由纳米碳素纱线织成的暖红外面料。
功能性面料层出不穷,依然无法取代一些消费者对“纯棉”的钟爱。纯棉产品也可以实现功能化吗?
夏津县被誉为“中国棉纺织名城”,纯棉纺织占据主导。德州恒丰集团夏津仁和事业部,是功能性纱线的研发织造基地。珍珠纤维、牛奶纤维、亚微米纤维、海藻纤维等,均是其自主研发的产品,以功能化、差异化为方向,棉纺织产品也在不断升级。
“我们与东华大学联合研发的抗菌棉,通过高压静电纺丝工艺,将抗菌材料‘嫁接’到棉纤维上,既保留了棉纤维的天然性,又增加了抗菌除螨的功能。”德州恒丰集团副理事长、夏津仁和事业部总经理蔡金南介绍,所添加的抗菌材料对人体无毒无刺激,生产出的抗菌棉能达到4A级,抑菌效果持久,耐洗涤,对大肠杆菌、金黄色葡糖球菌等常见细菌的抑菌率达到90%以上,目前已用于国内知名运动服装品牌以及抗菌内衣产品的生产。
2、脱胎换骨让旧衣重生
曾经,消费者关注服装的使用寿命,越结实越耐穿越好;如今,人们也越来越关注其“归处”。推动废旧纺织品的循环利用,使旧衣服“脱胎换骨”再次变成新衣成为发展趋势。
“回收的旧衣服,上游企业经过一系列工序制成原料,我们就可以做成莱赛尔纤维,再由下游企业纺纱织布生产出新的衣服。这不仅是‘重生’,还是升级。因为莱赛尔纤维既有合成纤维的强度,又有天然纤维的吸湿性、抗静电性,有丝绸般的手感和光泽,易于纺织、染整加工,舒适性、透气性更好。”山东鸿泰鼎新材料科技有限公司办公室主任王勤说。
莱赛尔纤维俗称“天丝绒”,是以可再生的竹、木浆粕为原料,生产的再生纤维素纤维。王勤介绍,他们公司采用最先进的溶剂纺丝干法工艺进行生产,将原料粉碎后和溶剂直接混合、加热、溶解后纺丝,加工过程物理、环保、节能,排放接近于“零”,溶剂回收率可达99.7%。
不仅如此,莱赛尔纤维的服装更容易被降解,环保性突出。资料显示,在海洋中,莱赛尔纤维63天可完全降解;在土壤中,55天可完成降解;在淡水环境下只需42天就可完全降解。
“截至9月底,鸿泰鼎5万吨莱赛尔纤维生产线已经全部投产,可日产高品质莱赛尔纤维140吨。”王勤表示,为了拓展功能性莱赛尔纤维产品,他们投资4000万元建了一条中试生产线,有保健功能的生姜莱赛尔纤维、相变储能纤维、石墨烯莱赛尔纤维等都在研发中。莱赛尔纤维也将实现“千变万化”。
在愉悦集团采访时,记者还了解到,纺织废料正被“再生”为高价值的纳米纤维素,并可重新应用于纺织产品中。
“传统的止血材料止血效率慢、止血效果差,体内残留会引发医疗事故,纳米纤维素纤维与海藻酸盐、壳聚糖等做成的止血棉,遇到血液立即就会变成凝胶状,20秒内快速止血,促进创面愈合,在体内可以自行降解吸收。”愉悦集团化学车间主任陈凯玲介绍。
纳米纤维素具有可再生、可降解、生物相容性好、吸附能力强和反应活性高等优点,可以广泛应用在日化、食品、药品、复合材料等行业与领域。
纳米纤维素的原料,是自然界中取之不尽用之不竭的纤维素,木浆、棉花、农作物废弃秸秆、香蕉皮等有纤维的材料都可以提取,纺织废料也不例外。据统计,愉悦集团印染车间的下脚料,一天就得一吨多,可以用于生产纳米纤维素,产出比高达90%。一般下脚料50元/吨,纳米纤维素40元/克。
由于提取成本较高,市场应用受限,纳米纤维素还没有产业化。目前,纳米纤维素团队正与东华大学进行联合实验,突破成本制约。
3、纱线强度是同等钢丝的5倍
“这是一根20支的特种纱线,重量是同等粗度钢丝的五分之一,强度却是它的五倍,主要用于生产防割手套。”9月23日下午,夏津县白马湖镇白马湖村的山东环升新材料科技有限公司,企业负责人郝永刚带记者走进机声隆隆的生产车间。
看上去极为普通的纱线,记者试着用力拽了拽,纱线纹丝不动,手掌却被勒出了印痕。
特种功能性纱线通常要融合多种纤维,满足客户对于面料强度、弹性、形变、耐磨、阻燃、舒适性、防静电等各方面的需求。而将特性各不相同的纤维混合在一起,纺成纱线,并不是一件容易的事,需要找到相对最合适的配方、最适宜的工艺、客户能接受的价格。
环升新材料虽然只有30多人,但已开发生产出几百种特种功能性纱线,在细分领域发挥特色优势。
9月22日,环升新材料为浙江客户阻燃隔热防护服面料所研发的新型纱线,拿到了中试检测报告,即将进入量产。“原本300克面料才能达到的防护标准,我们通过新材料、新设备、新工艺的应用,用250克甚至200克就可以达到。碳排放少了,面料更轻薄了,衣服成本降低了,但是功能不减。”郝永刚说。
4、织出来的人造血管
9月21日下午,愉悦人造血管团队研发工程师刘玉杰向记者展示一段直径10毫米的大口径人造血管。
“这根人造血管是我们用微米级纱线编织的,主要用于置换人体主动脉。我们团队已经攻克了精密织造、赋弹紧密定型和生物涂层等关键技术,已进入动物试验阶段。”刘玉杰说。
人造血管竟然可以织出来?
这是一段“纺织感”很强的管状织物,白色的管壁纵向织着一条黑色标志线,因有着致密的螺旋波纹结构,“血管”可伸缩,可打结,可自由弯转,弹性很好。
第一次接触人造血管,人造血管需要具备良好的力学性能、顺应性和生物相容性,不易变形,又要具有与天然血管类似的自愈能力,保持在人体内长期稳定性。仅“既得是多孔结构,还不能渗血”,就已经超出了纺织专业科班出身的刘玉杰对纺织的认识。
2020年初,愉悦集团人造血管项目正式启动,房宽峻教授率团队踏上研发的征途。
找纺织材料就像大海捞针,每一种材料,团队都想拿来试试,再把它们排列组合,工作量特别大。织造更是颇费周折,人工血管是立体编织的,但普通织机织出的布都是平面的,团队不断尝试改造织机,让它织成管状,织成螺旋,找到最适宜的弹性区间。织造难题攻克后,团队又研究涂层,要防渗漏,要防止短期内血栓的形成,要促进内皮细胞在血管壁上的形成。
经过两年多的研发,人造血管终于完成临床前的生物安全性能检测,进入大动物实验阶段。
团队研发的人造血管选用微米级纱线织造,构造适合内皮细胞黏附的孔径尺寸,利于内皮细胞的攀爬增长;表面的微孔化、多孔化,增加了内皮细胞与材料的结合力,达到长期抗血栓的效果;表面材料上进行生物涂层,涂层材料经过改性呈负电性,静电的排斥力提供了良好的抗凝血作用;通过溶血实验、血小板黏附实验等一系列实验,证明人造血管具有良好的血液相容性。
4、玉米还能制作环保口罩
当前的医用口罩,原材料主要来自石油,而石油是不可再生资源。现在,有一项新技术,可从玉米中提炼原料,经过技术处理变成聚乳酸,也能做成口罩。用聚乳酸做的口罩,使用后,能通过生物降解变成水和二氧化碳,很环保。
5、链接万亿市场
通常所讲的玉米纤维就是玉米制得的聚乳酸纤维。
聚乳酸制成的塑料制品之所以受到青睐,是因为它具有普通塑料袋无可匹敌的优点:原料来源丰富广泛、可再生,也不会与口粮竞争;良好的生物相容性和生物可降解性,最终降解成为二氧化碳和水,对环境无污染。以聚乳酸为原料,可以通过挤出、注塑、拉伸、纺丝、吹塑等加工方式,制成各种产品,应用场景十分广泛。
采用聚乳酸制造的这种塑料袋埋在地下6至12个月,90%以上降解为二氧化碳和水,18个月内就可以完全降解,不会产生‘环境污染’。可以说聚乳酸生产出的全降解生物塑料,是地地道道的白色黄金。
在诸多可降解材料中,乳酸——丙交酯——聚乳酸,这条产业链以原料来源广泛、生产过程零污染、产品绿色环保等特性受到了全世界的青睐,谁贯通了这条线,谁就拿到了通向未来的“金钥匙”。
一组数据,道出了聚乳酸材料市场前景的广阔:
——目前聚乳酸不到30万吨/年的产能,对比全球每年巨大的塑料使用量来说,无疑是杯水车薪。
——2019年全球塑料产量约3.8亿吨/年,99%是由化石基原料生产的,其中仅有9%被回收。
——全球平均每小时生产3亿个塑料袋。
——2018年全球生物基塑料产能仅有211万吨,按未来全球3年10%的生物基材料占比目标,市场缺口3300多万吨;市场上57%的生物基材料不可降解;而可降解材料中,50%以上为较低端的淀粉基材料,PBAT和PBS占到约25%;聚乳酸仅占11%。
按照世界对生物基可降解材料的需求,未来5-10年内其潜在市场需求达到300万吨以上,其后续产业链价值可达万亿元以上,在中国国内具有巨大发展潜力和产业经济价值。
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