高等化学工程学报

抽象的

生物聚合物作为纺织工业的可持续原材料：机遇还是挑战

帕万·库马尔·曼维

由于聚合物具有独特的性能，其在家庭和工业应用中的使用日益增多。大多数聚合物都来自石油，这也带来了巨大的环境问题，如全球变暖和污染。石油储量的枯竭和原油价格的剧烈波动使得寻找替代品成为必要。所谓的生物聚合物是由可再生材料或可生物降解或两者兼而有之的聚合物材料。生物聚合物在聚合物和纺织工业中的使用不仅可以减少碳足迹，还可以实现对石油的独立性。从石油基资源向生物基资源的转变被视为一个机遇。尽管人们对可持续原材料的兴趣日益浓厚，但从石油基资源向生物基资源的转变被视为聚合物行业期待已久的里程碑。挑战不仅在于价格高于传统聚合物，还在于加工能力有限和性能不足。生物聚合物的发展历史悠久，经历了不同的发展阶段。第一代生物聚合物，即淀粉、纤维素等，直接从自然资源中提取，并采用不同的聚合物加工路线。然而，由于聚合物结构和形态不理想、缺乏均匀性和存在杂质，天然聚合物的原始形式在加工过程中存在巨大困难。一种有效的解决方案是解聚生物基原料，并使用清洁单体进行聚合物合成。这导致了第二代生物聚合物的出现，即所谓的合成生物聚合物，它具有所需的分子结构和定制的多肽，即聚乳酸。合成生物聚合物的结构改性仍然是一个主要的研究课题，并引起了广泛关注。尽管合成生物聚合物具有巨大的潜力，但它们正在与食品和饲料展开竞争。在不危及食品和饲料能力的情况下，用合成的生物基聚合物来满足世界聚合物需求似乎具有挑战性。从工业、农业和家庭废物中开发生物聚合物被视为在不危及粮食需求的情况下满足世界需求的有效解决方案。开发利用废弃物生产的聚羟基脂肪酸酯和（部分）利用二氧化碳生产的热塑性聚氨酯被视为潜在的解决方案。亚琛工业大学纺织技术研究所的“生物聚合物”研究小组致力于发掘生物聚合物在纺织应用中的潜力，开发用于跨学科应用的纺织工艺链，旨在将生物聚合物带来的挑战转化为纺织行业的机遇。