植物纤维化学

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植物纤维化学范文第1篇

1.1 实验内容陈旧

现代科学技术正在迅猛发展, 知识更新和老化的周期越来越短, 新技术、新知识不断涌现, 实验的内容也应当随之更新。然而, 实验的内容并没有得到及时的更新, 再加上工科学生的专业必修课很多,教材内容庞杂, 实验内容陈旧, 部分实验项目的设计与生产实际脱节, 严重阻碍了一些新技术、新方法的及时讲授, 不能达到注重实践和提高学生素质教育的目标。

1.2 验证性实验与综合性、设计探索性实验内容的比例不当

照方抓药 式的验证性和低层次的重复性实验偏多, 培养学生能力、个性和创造能力的综合性和设计探索性实验过少。传统的实验教学内容大部分都是验证性的, 学生按照实验指导教材 按部就班 地操作。课程的设计性、实践性很难得到体现, 这种课程实验教学内容如果比例过大, 显然不利于学生实践能力和创新能力的培养。

有学者做了学生对几种实验类型的兴趣的问卷调查, 学生对几种实验类型的兴趣以设计探索型最高, 占57%;综合型次之, 占38%;简单验证型最低, 占5 %。可见, 陈旧的验证性实验内容并不受大部分工科学生的欢迎, 这在很大程度上抑止了工科学生实践能力的提高和创新意识的培养。

1.3 实验教学内容按课程门类划分过细

在传统的教学模式中, 实验教学在工科专业的教学计划中没有独立的教学地位, 而是依附于各门理论课。同时, 实验课程门类划分过细, 没有体现实验教学内容本身的整体性和系统性。并且这种单一课程附设实验, 造成实验内容缺乏相互联系和协调,以及内容重叠而又有遗漏, 学生实验素质和能力训练零星而不系统, 实验内容单调而不丰富, 考核办法与标准不规范的弊端。通常各任课教师根据理论课的讲课内容提出实验项目, 并根据理论课的讲课进度来安排实验上课时间。近年来, 由于教学改革和教学计划的调整, 在修订教学计划, 削减总学时的同时, 实验时数和实验项目也在减少。这种相对分散而未独立设课的实验教学内容, 对于学生实践能力的提高也是极其不利的。

2 改革实验内容的一些措施

2.1 实验课独立设课

实验独立设课是指把实验课从原属某一门或几门理论课的实验部分分离出来形成或组合成一门在教学计划和教务管理上单列的课程, 这种课的学时数一般超过30 学时。由于独立设课, 实验教学由附属于理论教学的从属地位转变为相对独立的地位,可以形成自己体系、教学大纲和教学要求, 可以有自己的考核标准和办法。从而可以按照对学生进行完整、系统的实验理论、方法和技能训练的要求, 对实验课各实验教学内容进行整体优化设计、组合, 使实验教学内容达到最佳[3] 。从2004 年起, 我校轻化工程专业先后将2 门传统的实验课《植物纤维化学实验》《制浆造纸实验》进行独立设课的教学改革, 其中将《植物纤维化学实验》更名为《植物纤维化学实验技术》, 由原来的8 个实验项目调整修改为5 个, 其中新增综合设计性实验项目1 个, 内含1 个全校开放性实验, 突出锻炼实验者的实践动手和综合分析能力, 同时, 加深对有关基础理论课的理解。近2 年的实践表明, 这有效的调动教师和学生双方的积极性, 有利于实验室和实验队伍建设, 有利于实验教学与科学研究的结合, 更有利于整个实验教学的改革与发展。

2.2 优化实验内容设计

2.2.1 适当减小验证性内容的实验比例

对于简单重复实验、单纯验证实验、模仿操作实验, 应尽量减少重复, 注重实验质量, 适当减少实验个数。针对 植物纤维化学实验技术 独立设课时,我们对实验大纲进行了较大的修改, 对于 纤维原料中灰分的测定 等共计24 个学时的原验证性的实验内容进行必要的合并和调整, 减少了所占的比例, 增设了综合性实验的内容, 并在一年前就进行了有关尝试, 明显提高了学生的实验兴趣。需要指出的是,验证性实验的比例并非越少越好, 对于一些着重体现基础概念和锻炼基本专业试验技能的验证性实验, 例如 植物纤维原料细胞结构的观察 这一验证性实验, 我们在实践中不仅坚决保留, 而且利用现代实验手段, 通过多媒体教学形式帮助学生深入认识植物细胞结构与造纸性能的影响, 并鼓励学生运用配置数码相机的显微镜对植物纤维原料的细胞结构进行照相, 并进行实验小组之间的比较, 帮助学生牢牢掌握显微镜的使用技巧, 通过这些手段修改已保留的经典验证性实验, 确保学生的基本功得到有效的训练, 基础实践技能得到加强。

2.2.2 适当增加综合性实验和设计探索性内容的实验比例

综合性实验可以根据实验研究方法和实验技术手段的共性特点, 以及相互有联系的实验重新整合成几项综合性实验, 使几门学科的实验构成一个有机系列的结合, 使几门学科的知识在一个实验中有系统连贯的体现。同时, 既可减少重复、压缩学时,也可节省实验耗材, 有利于学生综合能力的提高, 也有利于实验教学的独立设课。

设计探索性类实验能够很好的培养学生创新能力、实践能力和综合应用知识能力。这类实验的特点是:内容新颖, 有利于开发智力, 应用性强, 还可使学生接触到某些精密仪器和先进的实验手段, 开阔学生眼界, 提高了学生分析问题和解决问题的能力,更重要的是这些需要创新, 这就从内容上保证了发挥学生的独立性和主体性。

不仅如此, 结合学校推行的创新实践学分, 我们开展的创新实践一年导师制的尝试, 学生在教师的指导下独立完成从自行立题、查阅资料开始到设计实验、动手操作, 以及结果总结分析和成文汇报的全过程, 亲身体会到设计探索性实验, 给学生发挥自身的创造性和能动性提供了广阔的空间, 激发学生的创新兴趣, 强化了学生创新设计能力和基本操作技能, 培养了学生初步掌握科学研究的思维方式和科研工作的方法, 为进行科研设计打下了良好的基础。

2.3 不断更新实验教学内容

更新实验教学内容要根据教学与生产的需要及时调整实验内容, 使内容紧跟科技的发展步伐, 让学生及时了解国内外的最新科研动向, 要使学生在知识系统上与现代的、前沿的科学理论及实践对接, 学会从专业视角广泛接触和摄取新知识, 新信息。本专业新增的 造纸湿部化学实验分析与系统优化 ,立足于通过与现代实验方法技术、现代分析检测手段、现代生产技术和现实生活等紧密联系, 采用先进的胶体化学分析手段对目前复杂的造纸湿部化学系统进行分析, 并在此基础上提出优化的方案, 并针对具体情况、具体问题进行相应的改进和调整, 有效的激发了学生的实验兴趣, 锻炼了学生应对实际问题的分析能力和处置方法。

2.4 加强实验内容和科研的衔接

实验教学是科学研究与教学相结合的特定形式, 是高校中科学研究纳入教学过程的具体体现。通过科研活动, 提高了学生实验技能和手脑并用的能力把科研项目有意识地纳入实验教学, 可以丰富和更新教学内容, 不仅对提高教学质量, 促进教学效果有重要意义, 而且对活跃学生思维, 扩大学生视野, 培养学生的创造能力, 提高学生实践能力, 都起到了重要作用。

不仅如此, 作为西部地区的地方性高校, 广西大学的办学经费依然相当紧张, 而且增长缓慢, 严重制约着学科(专业)的建设和发展。在市场经济条件下, 企业是注重经济效益和回报的, 没有回报的捐资助学行为往往难以持久。如果高等学校能对投资者的生产经营作出贡献, 把无回报的捐赠变为有回报的互助互利, 那么企业将乐于向高校再投资。笔者所在的轻化工程专业通过积极开展科研活动, 组织教师和优秀本科学生参与广西柳江造纸厂、广西贺达纸业有限公司等大型国有骨干企业的科技攻关和技术创新活动中, 并将部分企业课题纳入学生开放性试验中, 如柳江造纸厂的 高速新闻纸机湿部化学系统优化 , 南宁糖业集团公司的 蔗渣浆生产高档纸杯原纸 等科技攻关项目中, 均有我专业教师和学生活跃的身影。通过加强与企业的横向科技合作,协同攻关, 取得了多项科研成果, 帮助企业提高了产品质量, 提高了环保科技水平。良好的产学研合作给相关企业带来了可观的经济效益, 企业也慷慨的设立相应的扶贫助困奖学助学金, 主动投入与学校共建长期稳定的教学实习基地, 在双方互利互惠的情况下, 广西大学轻化工程专业已分别在广西柳江造纸厂、湖南岳阳造纸集团公司、南宁糖业股份有限责任公司等5 家大型企业设立了教学实习基地。同时, 通过科研活动获得的经费, 可以解决办学经费不足的部分困难, 教研室利用部分经费改善教学环境、更新教学手段, 并鼓励教师进行教学改革的尝试。此外, 通过争取企业的支持和投入, 再加上利用教师科研经费添置的实验设备, 合作建立高水平的、开放性的实验室或技术开发中心, 不仅企业获得了良好的研发条件, 实验教学条件和学生动手能力都有较大程度的提高。

2.5 建设与现代工程发展相适应的工科专业实验室

以往, 高等学校的工科专业实验室, 大都是按照满足各门专业课程所需开出的教学实验来建设的,各门课程的实验各自按课程体系进行教学, 而且不少以验证理论为目的, 没有形成完整的专业实验教学体系, 不利于全面培养学生的专业实验技能和创新能力, 也难以发挥实验室在人才培养、科学研究与社会服务的整体功能效应。现代实践教育必须与现代企业发展相适应, 实验教学只有与生产实际相结合, 才能充分体现其教育价值。随着现代工程的科学性、创新性、先进性、实践性与社会性等特点的日益突出, 必须改革传统的实验室建设模式, 寻找科学、先进、实用、经济的建设模式, 今天所进行的产品开发、生产工艺、试验研究、使用维修、改进创新等工作, 就是学生明天将要从事的工作。

为此, 我们根据工科专业特色, 结合地方性高校的特点和本行业发展趋势, 在校实验设备处的指导下, 对实验教学内容、实验设备配置、实验环境改造进行了优化, 在强调产学研的同时, 坚持 有所为, 有所不为 , 使其在实验硬件和教学内容上都与现代企业相适应, 在满足主流配置的情况下, 突出进行 制浆造纸中试实验室 的建设, 建成了全国惟一的纸质全降解餐饮具与工业包装材料中试生产线, 以此为平台不仅大幅度的增加了综合性、创造性实验项目,学生可在实验室进行产品性能提高试验、专题研究试验、产品开发试验等工程实验的全面训练, 而且为开展科学研究与技术服务提供了良好的条件, 充分发挥其在人才培养、科学研究与技术服务的多功能效应。

3 实践效果

3.1 人才培养质量不断提高

通过独立设课, 积极开展创新实验和开放性实验, 不断更新实验项目, 是培养学生创新能力的重要途径。在教师的指导下, 让学生组成创新实验小组,结合生产实际, 开展创新实践教学, 取得了较好的效果, 近三年来, 轻化工程本科学生在国内核心期刊上发表的论文有十多篇, 占毕业生人数的5%, 有效地提高了人才培养质量。有的学生凭着自己的创新项目找到了理想的工作, 有的学生拿着在校研究的初步成果, 应用到企业的产品性能提高上, 许多学生已成为行业骨干企业的产品试验研究与新产品开发能手, 轻化工程专业近5 年毕业生一次性就业率达均为100%。2005 年底, 本专业实验室成为 广西高校人才小高地 可再生资源综合利用与环境保护 创新团队的主要物质平台, 标志着试验教学改革迎来了新的契机和挑战。

3.2 科研工作硕果累累

通过加强实验内容和科研的衔接, 近5 年来, 利用实验教改, 在构建的实验平台上, 轻化工程专业教师和本科生已先后承担包括国家科技攻关、国家自然科学基金项目、广西区自然基金项目及各类攻关项目、横向项目近60 项, 在研项目13 项(含国家科技攻关项目、国家自然科学基金项目、教育部骨干教__师资助项目), 科研经费近300 万元, 已鉴定科研成果9 项, 获广西科技进步二三等奖4 项, 共100 多篇, 其中三大索引收录24 篇。

植物纤维化学范文第2篇

欧洲生物塑料协会主席弗朗索瓦・比耶指出：“大力发展生物基纤维，未来纺织化纤工业的相关技术、工艺、设备、人才、经营模式等方面都要随之发生深刻变化。生物基纤维产业将带给纺织行业欣欣向荣的前景与潜力无穷的提升空间。”。

依据欧洲生物塑料协会的研究报告，生物基纤维是指原料来源于可再生物质的一类纤维，包括天然动植物纤维、再生纤维及来源于生物质的合成纤维，被视为工业时代下天然纤维的延续。生物基纤维具有绿色、环境友好、原料可再生以及生物降解等优良特性，有助于解决当前全球经济社会发展所面临的严重的资源和能源短缺以及环境污染等问题。因为生物基纤维采用农、林、海洋废弃物、副产物加工而成，是来源于可再生生物质的一类纤维，体现了资源的综合利用与现代纤维加工技术完美融合，其纤维纺织品及其他产品亲和人体，环境友好，并有特有的多方面功能，引领全球纺织品及其他产品新一轮的消费趋势。而各国丰富的生物质原料资源储量， 也为生物基纤维的开发开了绿灯。其中，再生生物基纤维以针叶树、木材下脚料、毛竹、麻类、藻类、虾、蟹等水产品和昆虫等节肢动物的外壳为原料，原料广且环保自然。合成生物基纤维采用农林副产物为原材料，经发酵制得生物基原料，制得生物基聚酯类、生物基聚酰胺类等，它们都是极具发展前景的纺织材料。

生物基纤维的发展历程

自古以来，人类的生活就与纤维密切相关。公元前就已在世界范围内得到了应用的麻、棉、丝、毛等，实际上均是生物基纤维。所谓生物基纤维（Bio based fiber），是指利用生物体或生物提取物制成的纤维，即来源于利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的可再生生物基的一类纤维。生物基纤维的品种很多，为了研究和使用上的方便，可以从不同角度对它们进行分类。根据原料来源和生产过程，生物基纤维可分为三大类：生物基原生纤维，即用自然界的天然动植物纤维经物理方法处理加工成的纤维；生物基再生纤维，即以天然动植物为原料制备的化学纤维；生物基合成纤维，即来源于生物基的合成纤维。

与生物基原生纤维悠久的历史相比，生物基再生纤维的历史还较短。最早问世的生物基再生纤维是硝酸纤维素纤维，1883年由J.W.Swan和Chardonnet分别获得专利，1891年规模化生产。随后，各种形式的生物基再生纤维（包括铜氨纤维、粘胶纤维和醋酯纤维）相继问世。从20世纪初期起，还出现了各种再生蛋白基纤维，其中日本东洋纺公司的酪素蛋白基纤维“Chinon”1968年成为世界化学纤维的十大发明之一。可以说，从19世纪末至20世纪30年代是生物基化学纤维的创新与起步阶段。但随着20世纪40年代至50年代，一些以煤化工和石油工业为基础的矿物源合成纤维品种的陆续问世，生物基化学纤维的产量虽然仍在增加，但从60年代中期起增加的速率趋于平稳。由于石油化工为合成纤维提供了大量廉价的原料，从而促进了合成纤维的大发展，其产量于1968年首次超过生物基化学纤维。

由于合成纤维以不可再生的石油资源为基础，其大部分废弃物不可降解，因此不符合可持续发展的要求。于是，从上世纪60年代开始，欧美发达国家开始重新开始重视对生物基化学纤维的研究。1962年，美国Cyanamid公司用聚乳酸制成了性能优异的可吸收缝合线。1969年，美国Eastmann Kodak取得了纤维素新溶剂甲基吗啉氧化物（NM-IVIO）的专利。20世纪90年代以来，已经有一批新型生物基化学纤维实现了工业化。其中最有代表性的是莱赛尔（Lyocell）纤维和聚乳酸纤维。此外甲壳素和壳聚糖纤维、胶原纤维、海藻酸纤维等虽然在服装领域的用量不大，但在医疗领域已经取得重要地位。而曾经在三四十年代昙花一现的大豆蛋白基纤维等再生蛋白基纤维，也因为具有生态纤维的特征而重新受到重视。

本世纪以来，以植物/农作物为原料，运用生物技术制备成纤聚合物的单体，是生物基纤维的主要研究方向之一。而传统合成纤维的成纤聚合物单体一般采用化学方法合成。近年来，纤维科学研究者十分重视运用生物技术合成成纤聚合物的单体的研究。例如日本富士通与本田公司从蓖麻秸秆中研发出新的生物基纤维聚合体用于汽车内饰用织物。法国罗地亚公司采用蓖麻秸秆原料制成了聚酰胺610纤维。其中最重要的生物基化学纤维聚乳酸，其成纤聚合物的单体L-乳酸则是以玉米、山芋等为原料，采用发酵法生产的。美国杜邦公司已在用玉米淀粉制备聚对苯二甲酸丙二醇酯的单体丙二醇（PDO）的技术上取得了重大突破。美国农业集团卡吉尔（CargiⅡ）公司组建了一家新公司，利用生物柴油生产过程中的副产品甘油来生产丙二醇。杜邦公司还开展了用生物技术合成己二腈，再转化为尼龙6和尼龙66的单体己内酰胺和己二酸的研究。

政策导向战略发展

据美国儒士咨询公司最近报告指出，20世纪形成了石油经济和技术体系，2l世纪将会出现生物基经济产业。以生物基工程技术为核心的新型生物基纤维的快速发展，将成为引领化纤工业发展的新潮流。该报告认为，在生物基产业发展初期，社会、环境和战略价值要大于经济价值，国家目标、政府的引导和联盟组织等的支持是取得成功的必要条件，发达国家政府在政策和资金方面的支持强度越来越大。现在世界各国特别是发达国家在恢复经济的长远规划中，均把发展生物产业作为走出困境、争夺高新技术制高点、重新走向繁荣的国家战略。另一方面，重新定义生物基纤维材料不仅是服装、家纺、产业用纺织品的原料，而且是重要的基础材料和工程材料。他们不断进行产业结构调整，逐步把纤维产业转向利润更高、受资源或环境影响更小的高性能生物基纤维的研发和生产。

另据欧洲生物塑料协会的调查资料显示，生物基纤维作为有助于解决当前全球经济社会发展所面临的严重的资源和能源短缺以及环境污染等问题，目前在欧美等发达国家和地区纷纷鼓励开发与使用生物基纤维。如美国能源部和美国农业部赞助的“2020年植物/农作物可再生性资源技术发展计划”，提出了2020年从可再生的植物衍生物中获得10%的基本化学原材料。为支持生物基纤维材料的研发应用，美国能源署（DOE）最近向两个大型研究项目拨款1130万美元。据悉，这两个项目旨在以农业废弃物或木质生物质为原料，研制出造价低廉、性能优异的再生碳纤维材料。据悉，该种材料一旦成功问世，将会有效降低生产成本。此前，为鼓励生产企业用生物基TPU代替传统的聚丙烯腈为原料生产生物基纤维，DOE还向陶氏化学公司、美国橡树岭国家实验室长期提供研究经费援助。

一向以功能性纤维见长的日本化纤制造商正全力聚焦于个人健康、卫生与舒适性的生物基纤维与纺织品方面的发展。2002年6月，日本政府统合了“纤维制品新机能评价协议（JAFET）”。JAFET针对经过生物基技术生产、加工、纺织的化学纤维及成纤聚合物制品的表示用语、评价方法、评定基准等进行了统一，并确立了标志的认证制度，以通过“新机能生物基纤维产品”改善国民生活为最终目的。统合后的新组织具备评定标准部门、试验检查部门、标志推进部门、制品认证部门4个主要部门进行工作推进，以满足生物基市场新需求的高性能、新功能，并且兼顾与环境相协调的新型生物基纤维及其制品日益受到工业企业和消费者的青睐。

在欧洲，意大利政府颁布的《环境保护和减排规划》规定：到2025年服装鞋帽产业与纺织业必须全面使用天然纤维与生物基纤维。而德国、比利时、荷兰等国家也纷纷效仿并制定税收上的优惠政策鼓励生物基纤维的应用，大大促进了生物基纤维行业的快速发展，市场前景一片大好。2011年欧洲共同体就生物聚合物及其纤维的潜在市场制定了有针对性的生物纺织（Biotext）研究计划。组织了德国的ITA、ITCF和Dechema，比利时的Centxbel以及西班牙的Aitex等5家知名的公司与研究所，选择生物聚合物PLA、PHB和淀粉基聚合物为研究对象，开展单丝、扁丝、复丝（BCF、FDY和POY）以及生物增强复合材料的应用研究，将开展共混聚合物的性能界定，实验室规模的验证，探索与确定生物聚合物的改进目标以及确定产品的最适宜使用领域等。Biotext研究计划的目的是为生物高分子材料在高端纺织品上的使用提供技术支持。

另外，雀巢、可口可乐、达能集团、福特、亨氏食品公司、耐克、P&G和 联合利华等跨国公司已携手联合创立“生物基纤维开发产业联盟”。联盟成立的目标是引导负责任地挑选和收割农作物材料，如甘蔗、玉米、芦苇和柳枝等用于制造生物基纤维，并将呼吁行业、学术界和社会各界的专家共同帮助推进工作的实施。旨在鉴定生物基纤维行业的潜在影响及促进这些影响的可能性措施，使生物基纤维行业新兴供应链朝着积极向上的方向发展。

生物基纤维开发应用动向

据德国创恒斯泰技术咨询公司的调研报告，当前在国际利用生物基技术的开发中，最热门也最有市场应用潜力的生物基纤维材料包括纤维素聚合物、生物基聚酯类（PLA、PHB、PTT、PBT、PET等）、生物基聚酰胺类（PAll、PA6、PA66、PA69、PA610）、生物基聚乙烯类、生物基聚丙烯类、生物基PVC类、生物基TPU类以及淀粉基聚合物等。该报告还阐述了这些生物基纤维在环保、节能、康健、亲肤与安全应用领域的无限效益与功能。

例如Regenerated biological basis纤维（RBB-再生生物基），具有优良的人体亲和性，可广泛应用于贴身内衣、家纺、衬衫、袜类、服装、休闲等领域。在RBB纤维开发的纺织品中，以Chitosan纤维（壳聚糖纤维）为例，目前海斯摩尔纯壳聚糖纤维等生物基纤维已突破关键技术并具备工业化产能基础，总体技术水平达到国际领先。Chitosan纤维除了用于医用纺织品与劳动防护用品外，在纺织服装领域，Chitosan纤维吸湿排汗、抗静电、抑菌防霉等功能性，使其特别适合做床上用品、内衣、袜子、毛巾等直接接触皮肤的产品。

又如Elastic biological basis纤维（EBB-弹性生物基），特殊的花生壳截面使EBB纤维具有优良的吸湿排汗功能，具有抗氯性能，能经受一般弹力牛仔布所不能采用的漂白和洗涤环境。EBB纤维用来生产四面弹力织物，高档针织面料，高弹牛仔面料，在牛仔服装、运动服装、衬衣、休闲装、女性套装、裤子等方面得到了广泛应用。

Poly lactic acid纤维（PLA-聚乳酸），这是一种可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，它来源于可再生资源如玉米淀粉、甘蔗等。它最大的优点还在于它的环保性，兼有天然纤维和合成纤维的特点， 吸湿排汗均匀、快干、阻燃性低、烟尘小、热散发小、无毒性、熔点低、回弹性好、折射指数低、色彩鲜艳、不滋长细菌和气味保留指数低等。德国亚琛大学纺织研 究所选择生物聚酯为原料进行了系统的纺丝成型试验。在共混纺丝试验中，使用PLA（80%）和PHB（20%）两种组分，制得的长丝纱单丝直径达20?m，其纺织品展现了十分好的使用性能，如优良的渗透性，高吸湿性和良好的水汽穿透性能。

生物基聚酯PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）作为一种新型生物基聚酯产品，具有其他材料无法比拟的综合性能：它有尼龙（PA）的柔软性，且有更好的色泽度；也有腈纶（PAN）的蓬松性，且避免了磨损倾向；还有涤纶（PET）的抗污性，更有很好的手感；加上本身固有的回弹性和抗静电性，它不仅可以广泛应用于服装和其他纺织品，在医疗非织造领域也有较大的市场发展潜力。据了解，目前，杜邦公司是PDO产品的最大生产商，其PDO产品主要用于生产PTT纤维材料。杜邦已经掌握了PTT纤维产业链的顶端技术――PTT聚酯切片的生产技术。中国盛虹控股集团与清华大学合作，用粗淀粉或生物柴油的副产品――甘油，分别采用两步法和一步法来发酵生产PDO和BDO（1.4丁二醇），开发的新工艺已经提高了克雷伯氏菌的生物量和乙二醇的总产量，并通过添加适量的反丁烯二酸，可增加PDO的生产力度。

在动物基成纤聚合物的生物技术制备方面，蜘蛛丝是力学性能十分优异的天然纤维。近年来，美国杜邦公司运用计算机模拟技术，首先建立蜘蛛丝蛋白基各种成分的分子模型，然后运用遗传学基因合成技术，把遗传基因植入Escherichia coli细菌和P.pastoris酵母菌，可分泌出高分子量的蜘蛛丝蛋白，从而仿制出长度可达1000个氨基酸的蜘蛛拉索丝。

加拿大Nexia公司则使用生物反应器技术，在蜘蛛体外获得了蛛丝蛋白。方法是将能复制蜘蛛丝蛋白的合成基因移植到山羊，山羊生产的羊奶中就含有类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质，这种羊奶中含有经基因重组的蛋白质2g/L～15g/L，用这种蛋白质生产的纤维取名生物钢（Biosteel），其强度比芳纶大3.5倍。该公司正研究如何将羊奶中的蛋白质进行纺丝的问题。他们已和加拿大国防部签署了用这种纤维生产防弹材料的协议，还和美国军队及美国航天局（NASA）达成了有关合作。

为了蜘蛛丝的生产量，一些科研项目已经利用植物来生产蜘蛛丝蛋白。这种方法是将能生产蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给植物，如花生、烟草和土豆等作物，使这些植物能大量生产类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质，然后将蛋白质提取出来作为生产仿蜘蛛丝的原料。如德国植物遗传与栽培研究所将能复制Nephila clavipes蜘蛛拉索丝的蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给土豆，所培植出的转基因土豆含有可观数量的蜘蛛丝蛋白质，90%以上的蛋白质含有420～3600个碱基对，其基因编码与蜘蛛丝蛋白相似。由于这种经基因重组的蛋白质有极好的耐热性，使其提纯与精制手续简单而有效。

通过仿生纺丝技术开发高性能纤维和智能纤维，也是令人瞩目的开发应用方向。日本科学家研究了蚕吐蜘蛛丝的机理。东华大学胡学超等进行了以蚕丝为原料，模仿蜘 蛛的吐丝，通过干法丝制备人造蜘蛛丝的研究。日本科学家还研究模仿酶、神经、肌肉等生物体分子纤维的功能，开发功能更高纤维的技术。例如，通过人工酶加工技术开发消臭+杀菌、止痒+消炎+抗过敏纤维；通过模仿神经开发合成高分子或天然高分子人工肌肉，并应用在调节器等功能设备中。将天然高分子与其他材料复合制备新型复合纤维，例如，丝纤朊/纤维素复合纤维、明胶/纤维素复合纤维、壳聚糖/究兰等天然离子复合纤维等的开发和应用，在日本也是开发的热点。

在纺丝技术的革新应用方面，以植物纤维素为原料的粘胶纤维采用湿法纺丝工艺，不但生产流程长、能源消耗大，而且污染环境。如果采用新型溶剂如NMMO得到的Lyocell纤维，该纤维具有较高的干强、湿强和湿模量，优良的尺寸稳定性，被誉为“21世纪的绿色纤维”。日本东丽公司和京都大学共同研究开发的纤维素纤维“熔融纺丝法”，在维持纤维素特性的条件下能够自由控制分子间氢的结合强度。由于是通过熔融丝进行纤维化，可得到异形截面纤维，并可与异种聚合物生成复合纤维，应用复合纺丝技术，可生产出比天然纤维中最细的海岛棉纤维（1.3dtex）更细的纤维，最细可达0.1dtex。 该公司还通过在纤维素中加入第三成分，缓解氢键结合强度并赋予其热塑性，纺丝后，再除去第三成分，从而维持纤维素所具有的吸湿性、放湿性、显色性及柔软的手感。他们还成功生产出由天然高分子组成的纤维素类纤维丝，利用该技术不仅能够轻松地得到异形剖面等任意剖面形状的纤维丝，而且还能简单地生产出与异种聚合物复合而成的混纺纤维丝等材料。因此，将纤维素改性后所得到的纤维素衍生物在一定条件下进行熔融纺丝，可最大程度地降低环境负荷，提高纺丝效率，省去溶剂使用和回收利用的步骤，缩短流程。因此，再生纤维素熔融纺丝法是最具长远竞争力的技术创新加工方法。

生物基纤维市场发展趋势

随着全球经济快速发展，能源危机与环境污染越来越受到人们的关注。如何保持经济的可持续发展是目前需要迫切解决的问题，而生物技术的持续发展以及生物基纤维材料在常规和高性能产品的日益拓展，将会不断进入更多新的应用领域。

据欧洲生物塑料协会的调研报告显示，2013年全球生物基塑料产能约160万吨，而今后生物塑料将在此基础上逐年攀升，尤其是未来4年，全球生物塑料产能将实现剧增，生物基塑料2018年的年产量将达到670万吨，是2013年产量的4倍左右。该调研报告指出，目前生物基聚合物占世界塑料市场的份额不足2%，但生物技术吸引了全球众多企业的浓厚兴趣，它们争相投入了巨大的人力和财力，并取得了长足的进步。目前在数十种已商业化使用的PA材料中，取之于可再生资源的生物基纤维系列产品，包括PA6、PA66、PA69、PA11、PA610、PA1010及其制品的研究与开发均已相继展开。从美国Rennovia公司基于全球葡萄糖类原料的供给现状以及通过化学催化技术制备生物基己二胺及己二酸技术的商业化现实判断，2022年全球生物基PA66纤维产量将突破100万吨大关。

另据世界著名IHS咨询公司的最新研究报告称，日益增加的消费者压力和日趋严格的法规，将刺激北美、欧洲和亚洲市场对再生纤维素纤维的需求，而再生纤维素纤维资源十分丰富。据统计，目前世界上每年木材的循环量达到1.5 亿吨，可用于再生纤维素加工的材料达到1500万吨以上；竹材循环量达到4000万吨，可用于再生纤维素纤维加工的约500万吨；棉纤维产量达到2400 万吨左右，可用于再生纤维素加工的棉短绒等100万吨左右；麻类纤维材料产量达到300万吨以上，难以直接纺织利用的麻类以及麻秆等都可用作再生纤维资源。

又据美国儒士咨询公司的最新预测报告指出，生物基纤维材料研究的发展与社会、经济和资源、环境的发展紧密相关，所以新的生长点和交叉点不断涌现，并不断向其他相关学科延伸和渗透，这既促进了生物基纤维的发展又丰富了新材料科学的内涵。其发展趋势有：

一是研发对象不断发展。从传统的木材扩展到竹藤、秸秆、草本植物和藻类植物；从天然纤维材料扩展到蛋白基材料以及生物矿物材料；从可再生材料的利用扩展到可 再生能源的利用；从宏观材料的简单初级利用到微观化学成分的提纯、分离的再加工利用：从低价值利用到高附加值的利用。所以近年来生物基产业在主要原料定位上的发展趋势是：由以玉米淀粉、大豆油脂等农产品为主要原料来源向着非食物性木基纤维素等植物残体（Residues）和农林废弃有机物基为主要原料来源的方向发展，以减少对农田的压力和降低原料成本。

二是研发范围不断扩大。未来生物基纤维材料研究与相关学科不断交叉、渗透，新的学科增长点不断出现，从传统的生物学科及其相关的物理、化学学科渗透到材料学科、能源学科、复合材料学等领域。

三是更加注重材料的环保性能。自然界生物在长期进化过程中，利用最简单的成分、最普通的条件获得了最稳定的材料结构，人们可以从这种分级结构中得到启发，通 过生物拟态或者仿生设计制备出性能优越的复合材料，充分发挥生物基材料可再生、可降解利用的优势，特别是节约、降耗、降能是未来材料发展的必然趋势。

四是更加重视材料基本性基的设计要求。未来的生物基材料研究不但注重其基本性基的改进，还注重赋予其新的功能，注重复合化、高性能化、功能化。

五是构筑生物基经济产业。未来将会出现生物基经济产业，生物基产业必将有非常广阔的发展前景。必须指出的是，在生物基产业发展初期，社会、环境和战略价值要 大于经济价值，国家目标、政府的引导和支持是取得成功的必要条件，适时制定符合生物基纤维发展的战略，保证生物基产业的发展从量增长到基的提高。

最近欧洲生物塑料协会指出，亚洲作为生物塑料主要生产中心的地位更受重视，因为当前规划的项目大多将在泰国、印度和中国实施。尽管从中国或全世界看，天然生 物材料的开发利用都处于刚起步阶段，生物基纤维在整个材料结构中所占的比重还很小，但是，生物基材料产业的发展潜力不可估量。中国拥有全球最大的化纤产量和纤维消费市场，目前中国的化纤总产量已占世界55%，是美国和日本等发达国家的5～10倍。因此，从国民经济发展与产业安全、可持续发展的角度考虑，中国化学纤维的品种结构调整迫在眉睫。

植物纤维化学范文第3篇

论述了近年来竹纤维鉴别方法的研究现状,分析了各种鉴别方法的特点,并对竹纤维鉴别方法的发展进行了展望。

关键词:竹纤维;竹浆纤维;竹原纤维;鉴别方法;研究进展

Abstract: The recent studies on the methods of determining bamboo fiber are reviewed in this article.The characteristics and developments of different determination methods are analyzed.

Key words:Bamboo Fiber;Natural Bamboo Fiber;Bamboo Pulp Fiber;Determination Methods;Research Progress

竹纤维是我国自行研发并产业化的新型纤维素纤维,按加工方法不同,有竹原纤维和竹浆纤维两类。竹原纤维采用物理方法进行加工,不添加任何化学试剂,为100%的天然纤维[1]。竹浆纤维采用化学方法加工,经水解(碱法)及多段漂白制成浆粕,再由化纤厂进行纺丝制成竹浆纤维[2-3],是类似粘胶纤维的一个化学纺丝过程。

竹纤维作为一种来源丰富、可再生、可降解的资源性纤维,开发利用前景广阔,受到了越来越多人的关注。人们对竹纤维的基本化学组成、组织形态、理化性能进行了大量的基础研究[4-8],并通过不同方法对竹纤维及其产品进行了开发[9-11]。竹原纤维为纯天然纤维,纤维性能优异,产品具有特殊的风格,并且具有优异的抗菌性能,夏季干爽舒适性好。竹浆纤维则由于纺丝过程而在性能上受到很大损伤,强力低、结晶度低、大分子排列较稀疏,回潮率高,属于与普通粘胶纤维相似的再生纤维素纤维[12]。竹浆纤维虽然改善了竹原纤维的强度不匀率,伸长率、纤维韧性和耐磨性等都有所增加,但其一些天然特性也遭到破坏,纤维的除臭、抗菌、防紫外线功能出现一定程度的下降,湿强力也下降较多[13]。

由于竹原纤维与麻类纤维、竹浆纤维与粘胶纤维的形态结构和理化性质相近[14-15],给鉴别工作带来很大困难。国内外有关竹纤维鉴别方面的标准,只有SN/T 1901―2007《七种纺织纤维的系列鉴别方法》中提及竹浆纤维及另外6种纤维的定性鉴别方法。但是没有说明如何鉴别与其结构、性能相近的粘胶纤维、竹原纤维、麻类纤维及其混纺产品。

1竹浆与竹原纤维的鉴别方法

竹原纤维和竹浆纤维虽然都以竹作为基础原料,但制作工艺完全不同,性能差异很大。周建萍[4]通过对竹原纤维和竹浆纤维的对比认为,竹浆纤维的性能更为优越,表现为强伸度变异系数小、伸长率大,纤维韧性、耐磨性、可纺性较好。其对两种竹纤维化学和热学性能研究结果见表1。

王越平等[12]、孙居娟等[16]研究发现,从结构上看,竹原纤维属典型的纤维素I型结晶,结晶度高,大分子排列规整;截面形态呈腰子形,有中腔,壁上有裂纹。而竹浆纤维属典型的纤维素II型结晶,结晶度低,截面形态与普通粘胶纤维没有差别,呈多边形不规则状,边缘呈锯齿形,纵向表面有许多凹槽,使得竹浆纤维具有较好的吸湿、放湿性,同时增强了纤维之间的抱合力,有利于纺纱加工。从性能上看,竹原纤维的结晶度、热稳定性和抗菌性能均好于竹浆纤维;竹原纤维属高强低伸型纤维,而竹浆纤维属低强高伸的柔弱型纤维;竹浆纤维的回潮率与粘胶一致为13%,而竹原纤维的回潮率为6%~7%。

周秋宝等[17]报道,竹原纤维与竹浆纤维能溶解于不同浓度的硫酸、盐酸和硝酸中,溶解速率表现各异,竹浆纤维的耐碱性比竹原纤维要好,都可溶解于氯化钙与甲酸混合液、次氯酸钠溶液和铜氨溶液中,而两者均不溶于其他所试24个有机溶剂。竹原纤维的抗紫外能力明显高于竹浆纤维,而两者着色样的抗紫外性能比原样有较大提高。杨庆斌等[18]研究了热处理对竹原纤维和竹浆纤维力学性能的影响。结果表明,竹原纤维具有较高初始模量,湿态时纤维力学性能较之干态有明显下降。竹浆纤维除断裂伸长外,其各项拉伸断裂力学性能指标均远远低于竹原纤维。

以上研究表明,竹原纤维和竹浆纤维在结构和性能上有一定的差异,如外观形态、晶体结构、结晶度、力学性能、热稳定性、着色性能等方面。但是由于操作复杂或当粘胶和麻类等结构、性能相近的纤维存在时,快速、准确地鉴别这两种纤维存在较大的困难,至今没有相应的标准。

2竹浆纤维鉴别方法研究进展

陈宝喜等[19]通过试验,确定了在硫酸溶液浓度(60±0.5)%、溶解温度(25±2)℃、溶解时间(20±2)min等条件下可准确、便捷地确定竹浆纤维/棉纤维混纺产品纤维含量。刘兰芳等[20]提出,37%盐酸在温度25℃、时间为10min条件下和甲酸-氯化锌溶液在温度50℃、时间90min条件下,可利用溶解法测定棉纤维与竹浆纤维的双组分纺织品混纺比。

马顺彬等[21]研究表明,竹浆纤维和粘胶纤维的燃烧特征相同,只是在残渣的颜色上有所区别,竹浆纤维的残渣颜色是深灰色,粘胶纤维残渣颜色是灰白色。二者纵向均有沟槽,横向截面的边缘有不规则的锯齿形,只是竹浆纤维无皮芯结构,而粘胶纤维有皮芯结构。二者溶解性能相同、红外光谱吸收图谱相似,无法用于鉴别。隋淑英等[3]利用X射线衍射法测得竹浆纤维结晶度为31.6% ,粘胶纤维的结晶度为30% ,二者的结晶度基本相同。阎贺静等[22]通过扫描电镜分析发现竹浆纤维横截面布满了孔洞,说明它具有优良的吸湿透气性。粘胶纤维形态结构与竹浆纤维相似,但横截面没有孔洞。对纤维的热失重分析表明,竹浆纤维耐热分解性能比粘胶纤维差。张涛等[23]通过研究提出粘胶纤维―OH较竹浆纤维活泼性大,竹浆纤维在3450cm-1~3250cm-1处的―OH吸收比粘胶纤维明显弱,这是鉴别这两种纤维的有效手段之一。李志红等[24]提出通过显微镜观察纵向形态特征,可快速区别于Lyocell、棉以及甲壳素纤维;用37%盐酸,常温下观察溶解情况,Modal迅速溶解,普通粘胶纤维溶解但比Modal稍慢,竹浆纤维只有部分溶解。用密度梯度管测定密度,竹纤维密度明显低于普通粘胶、Lyocell、Modal和棉。杨元[25]通过研究指出可通过着色法和燃烧法或通过比较拉伸性能来区分竹浆纤维和粘胶纤维。杨建平等[26]利用浓度55%―90%的硫酸溶液来定性鉴别竹浆纤维和Modal纤维,并通过对溶液粘度的定量分析鉴定粘胶和竹浆纤维的混合体中竹浆纤维的混合比。

竹浆纤维和棉纤维的定性定量分析方法取得了一定的进展,但是竹浆纤维和粘胶纤维目前正在进行的密度法研究、溶解度法研究、显微镜观察法等研究,因操作复杂或区分效果不明显,在应用中都有很大的局限性,始终没有被推广。

3竹原纤维鉴别方法进展

竹原纤维与麻类纤维的结构及性能相似,其显微形态与麻类纤维有许多相似之处,不易区分。石红等[14]研究指出,常规方法中纤维投影法、密度法、溶解法等方法不适合定性鉴别竹原纤维和亚麻纤维。根据亚麻和竹原纤维分子结构中―CH、―CH2、―CH3个数(聚合度)的差异,发现红外光谱图在2900cm-1和2850cm-1处存在较为明显的差异,利用此光谱图可以定性鉴别亚麻和竹原纤维。田慧敏等[27]指出竹原纤维的表面有明显的沟槽和节纹,次生层呈三层同心层结构,次生外层的微纤与纤维轴近乎平行排列,内部有大量的空洞。通过红外光谱计算的结晶度指数表明竹原纤维的结晶度仅次于苎麻纤维,高于亚麻纤维和棉纤维。竹原纤维具有更强的分子间的氢键,纤维素的晶型以Iβ为主,其Iβ的含量低于棉纤维,但是高于亚麻纤维。何建新等[28]测得了毛竹与苎麻、亚麻原料的化学组成和单纤维尺寸,见表2。通过X射线衍射表明竹原纤维的结晶度和晶粒的取向度与苎麻相近,高于亚麻和棉纤维,竹原纤维的晶粒尺寸大于其他三种纤维。

高路等[29]对几种纤维做出了初步鉴别并得出以下结论:纤维长度在3mm左右,截面呈卵圆形且中腔较大、无麻节的可确定为黄麻纤维;单纤维长度大多在80mm~120mm,截面较粗、腰圆形、中腔压扁、壁上有裂纹、纵向有麻节的为苎麻纤维;截面呈多边形且中腔较小、纵向有麻节的为亚麻纤维;单纤维粗细差异较大,长度在25mm左右,截面形状腰圆形、中腔压扁、纵向表面较粗糙、有横节竖纹的为大麻纤维;纤维极短,在3mm左右,截面近似圆形且中腔较小、纵向粗糙、似树皮状、无竹节的为竹原纤维。但是其又同时指出单纤维的分离效果对纤维尺寸测量结果的准确性起着至关重要的作用,同时也直接影响到纤维纵横向形态的观察。蔡玉兰等[30]通过13C NMR分析结果计算竹原纤维和苎麻、亚麻、棉纤维样品的晶型含量,与棉纤维和亚麻纤维相比,竹原纤维具有较大的晶粒尺寸,和苎麻纤维接近,见表3。X射线衍射和核磁共振两种分析结果均显示,竹原纤维的结晶度与苎麻纤维相近,大于棉纤维和亚麻纤维。

表3由13C NMR图谱计算的纤维的结晶度和晶型含量[30]

竹原纤维与麻类纤维的鉴别方法,目前正在进行的显微镜观察法、核磁共振法、红外光谱法研究,由于其制样难度及准确性等问题,无法实际应用,因此没有形成相应的鉴别方法标准。

综上所述,国内外对于竹纤维的鉴别方法虽然进行了大量的研究,但是由于操作复杂或因区分效果不明显,在应用中都有很大的局限性,始终没有被推广。因此,竹纤维快速、简便、有效的鉴别方法是今后的研究方向。

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