生物基纖維在非織造材料中的應用

近年來，生物基纖維在非織造材料中得到日益廣泛的應用，根據原料的來源和生產過程，可將其分為四大類，表 1為該類纖維在非織造材料中的主要應用情況。

表 1 生物基纖維分類及其非織造材料

1  再生纖維素纖維及其非織造材料

再生纖維素纖維通過針刺、水刺、熱粘合等方式可以制成非織造材料，用于個人衛(wèi)生護理、過濾等領域。粘膠纖維具有良好的吸濕性、柔軟性和纏結性能，用途廣泛，但濕強低，故常與其它纖維混合制作非織造材料。通過水刺工藝，將其與木漿纖維混合可制成可沖散濕巾，與其它化纖混合可制成面膜基布、汽車內飾等。此外，也可通過針刺工藝將粘膠纖維制成過濾材料，如將其與殼聚糖一道混合，制備的材料具有抗菌性能，是性能優(yōu)良的敷料材料；將其與麻纖維和PA6納米纖維混合制備的多層非織造材料，較一般過濾材料具有更好的吸油過濾性能。

Lyocell纖維具有良好的吸濕透氣性，可以通過水刺、針刺、熔噴等工藝來制備非織造材料，用作過濾材料、面膜基材、生物組織工程材料等。如將Lyocell纖維與粘膠纖維混合通過針刺工藝制備的過濾材料，比純粘膠纖維制備的材料吸附性能更好，比表面積更大。日本專利（專利號JP 2014073432-A）公開了一種過濾材料的制備方法，將原纖化Lyocell纖維制成的纖網與直徑為 1 ～ 8 μm的化纖短纖制成的纖網進行復合，通過熱粘合工藝可制成非織造過濾材料；專利US 2013269294 A1公開了一種通過納米Lyocell纖維、超細纖維和熱熔纖維制備的多層非織造材料，納米級的Lyocell作為材料的頂層，含量為總克重的40％ ～ 80％，超細短纖作為材料的基層，含量為20％左右，可以選用聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚氨酯纖維等，材料的克重為65 ～ 113 g/m²，這種材料可以用于消毒材料、包裝袋的制備。

雖然粘膠纖維和Lyocell纖維具有良好的物理性能，制成的水刺非織造材料對人體而言具有很好的舒適性，但其產品的用途比較單一，不夠多樣化。要使其應用領域更廣泛，應進一步探索其加工方式，使產品更加多樣化。

2  再生蛋白纖維及其非織造材料

再生蛋白纖維因為受到機械性能的限制，所以只能通過水刺、針刺等工藝制備非織造材料，制備的材料具有良好的親膚性和舒適性，與人體相容性較好，可用于衛(wèi)生護理領域、生物工程領域等。

膠原蛋白纖維不僅可以制備水刺非織造材料，還可以通過針刺工藝來制備軟骨組織。但膠原針刺材料的力學性能較低，因此其制成的軟骨組織的機械性能也處于較低水平。此外，也可以通過靜電紡絲來制備膠原納米纖維，用于制備生物支架材料，其突出優(yōu)點是在加強材料生化性能的同時不損壞其機械力學性能。

采用濕法紡絲得到再生蛋白纖維大概需要60 h，生產線太長，能源消耗大，且生產過程中需要的化學試劑很多，對環(huán)境的污染比較大。此外，得到的纖維強力也較低，不利于生產加工，需經過后處理才可應用于紡織領域。因此，進一步研究生產過程更環(huán)保、更節(jié)能的再生蛋白纖維是突破點。專利US 20130256942 A1中介紹了一種更加節(jié)能、環(huán)保的生產牛奶蛋白復合纖維的方法。該專利采用熔融紡絲工藝，用一種塑化劑將從牛奶中提取出來的蛋白質增塑在一起，溫度在室溫至140 ℃之間，然后在一定的壓力下擠出成形得到牛奶蛋白復合纖維，塑化劑可以是水、甘油、多糖類物質等。

3  生物基合成纖維及其非織造材料

PLA纖維具有良好的生物相容性和生物降解性，可采用干法、紡粘法、熔噴法成網，之后通過針刺、熱粘合的方法加固形成非織造材料，用于醫(yī)療、包裝材料、過濾材料、農用材料等領域。

將PLA和亞麻纖維混合，采用氣流成網、熱軋工藝制備非織造材料，產品不僅具有良好的生物降解性，而且具備一定的物理機械性能，可用于包裝材料等。PLA雖然具有良好的生物相容性和降解性，但不具有抗菌性，這也限制了其應用。如將制備的熔噴PLA材料用鹵胺化合物進行抗菌整理，則其材料可用來制作醫(yī)療衛(wèi)生用品、過濾材料等。

PLA具有優(yōu)良的生物降解性能，因此也可用于農作物的覆蓋膜。目前已有研究團隊制備出了一種PLA/PHA的復合非織造材料，通過對其進行風化模擬測試，確定此種材料可用作多季節(jié)的生物堆肥覆蓋材料，是替代傳統農業(yè)覆蓋物的良好選擇。

此外，將靜電紡制得的PLA納米纖維分別直接復合在水刺非織造材料和熔噴非織造材料上，制成PLA納米纖維非織造復合材料，材料的過濾性能將大幅度提高；將熔噴PLA非織造材料進行駐極處理后，材料的過濾性能也可顯著提高，但過濾阻力不會發(fā)生太大變化。有研究者指出，單一的PLA熔噴非織造過濾材料雖然具有較高的強力，但是靈活性較差，如果使用PLA/PCL復合熔噴非織造材料，則可在保持過濾效果和強力的同時，靈活性也會增強。

PLA非織造材料雖具有良好的生物降解性能和生物相容性，但其生產過程并不是完全綠色的，而且由于受到本身物理性能的限制其非織造材料的應用領域有限，今后可進一步優(yōu)化PLA纖維的生產工藝，使其更加綠色化；也可進一步改善PLA的性能，使其制備的材料應用領域更加廣闊。

4  海洋生物基纖維及其非織造材料

海洋生物基纖維指纖維原料來自于海洋中的動植物，如藻類，蝦、蟹的外殼等。這類纖維一般具有良好的物理化學性能、生物相容性、抗菌性等，可通過針刺工藝制備非織造材料，一般用于醫(yī)用敷料領域；通過水刺非織造工藝制備的非織造材料，一般用于個人衛(wèi)生材料，如面膜、紙尿褲等；通過靜電紡絲紡成微納米纖維可用于生物組織工程材料的開發(fā)。

4.1  海藻酸纖維

海藻纖維常采用海藻酸鹽與非海藻酸高聚物（如纖維素）共混紡絲制得，在醫(yī)療領域具有很好的應用。如將殼聚糖作為混凝劑制備的海藻纖維可進一步制備成醫(yī)用敷料，不僅提高了敷料的強力，也提高了其吸收性能。除了制作敷料，海藻纖維還可作為口罩、組織工程復合支架等的材料。

海藻纖維非織造材料雖用途較多，但由于海藻酸鹽水溶液太粘稠，即使是在凝膠濃度以下，聚合物鏈的缺陷以及分子間的斥力也會阻礙纖維鏈的形成，使海藻纖維的加工有一定的困難。已有文獻提出了一種新型的紡絲方法，用微流控的方法可以持續(xù)生產出具有溝槽的海藻酸長絲，該方法成本低，操作簡單，生產的纖維同樣具有良好的生物相容性，可以用于細胞支架材料的制備。

4.2  殼聚糖纖維

殼聚糖纖維具有良好的抗菌性、可降解性和生物相容性，一般采用針刺工藝制成非織造材料，可用于生物組織、過濾材料中。

殼聚糖纖維可以促進纖維原細胞的快速增殖、膠原蛋白的合成及血管化，因此采用針刺工藝制備的殼聚糖材料主要用于醫(yī)用敷料領域，且其成本較低、生產速度較快。該纖維還可以用于制備過濾材料，采用濕法成網工藝制備的過濾介質具有較好的過濾效果，可用于替代廢水廢油的過濾材料。通過靜電紡制得的殼聚糖纖維由于具有良好的吸附性能，可進一步制成非織造材料，具有優(yōu)良的過濾效果。如將靜電紡制得的納米殼聚糖/PEO纖維與PP紡粘材料相復合，制得的材料可用于液體或空氣過濾。

殼聚糖纖維雖具有多種良好的性能，但制備過程中仍存在一些技術瓶頸，如脫乙酰度提高困難，制備高純度的殼聚糖受限；殼聚糖纖維水溶性不好，短期內難以實現快速抑菌；混合、開松、梳理成網困難，制備纖網受限等。如能解決這些問題，其應用領域可進一步拓寬。目前已有團隊研究改善其水溶性的方法，且制備出的琥珀酰殼聚糖是一種水溶性殼聚糖，性能更佳，具有良好的水溶性，可用于制備泡沫敷料等。

海洋生物基纖維雖然原料來源廣泛，具有良好的生物相容性和可降解性，但其本身的一些性能特點也限制了其發(fā)展。如海藻酸纖維的水凝膠性能太好，導致纖維制備有一定難度；殼聚糖纖維抑菌性優(yōu)良，因此大多只能用于制備醫(yī)療產品。此外，適合的工藝方法也較單一，產品的適用領域也較窄，這也成為了其今后其研究的方向。