全球產量*大的生物基纖維要數生物基聚酯纖維，其中生物基PTT和PDT纖維由于其優良的性能及應用使其在近年來快速發展，受到了高度的關注。

一、生物基PTT纖維

PTT纖維是聚對苯二甲酸丙二醇酯(Polytrimethylene terephthalate)纖維的簡稱，是荷蘭殼牌(shel) 公司*先研發的一種性能優異的聚酯類新型紡絲聚合物，由對苯二甲酸(或對苯二甲酸二甲酯)與1,3-丙二醇經酯化(酯交換)、縮聚反應得到聚酯，再經熔融紡絲制得纖維。PTT的化學結構和立體結構如下圖:

圖1. PTT的化學結構(左)和立體結構(右)

而生物基PTT纖維采用了來自生物質轉化的1,3-丙二二醇，更具有環境友好性。杜邦公司即采用生物法以谷物為原料制得了生物基PTT產品Sorona?，進一步制得纖維，應用于服裝、地毯等方面，如下圖。方圓化纖公司使用杜邦Sorona?來生產商品名為" Somalor”的PTT纖維，將其應用于服裝、汽車、室內裝飾及家居織物等領域。

生物基PTT纖維將其他各種纖維如滌綸、錦綸的優良性能集于一身，成為生物基纖維的新星，受到全球的關注。

1、原料

生物基PTT纖維與石油基PTT纖維不同的是采用了經生物法制得的1,3-PDO。該方法總費用比制備石油基1,3-PDO要便宜25%。隨著有限石油資源的過度使用及石油價格的逐步增長，生物合成法生產1,3-PDO備受全球關注。與傳統化學合成法相比，生物法具有原料來源可再生、反應條件溫和、選擇性好，副產物少，環境污染少等優點。

DuPont公司與Genencor公司合作采用微生物發酵法制備了生物基1,3-PDO并成功投入生產。國內各企業和高校也開始投入生物基1 ,3-PDO的技術研發，如清華大學，大連理工大學，華東理工大學、江南大學等等，已經取得了階段性的成果。目前生物法制備1,3-PDO主要有以下幾種方法:

(1)甘油轉化法

甘油轉化法是甘油在厭氧條件及菌類(如檸檬菌、丁酸梭狀芽抱桿菌、肺炎桿菌、乳酸桿菌屬等)作用下轉化為1,3-PDO。而對于甘油價格較高的國家，采用甘油直接制備1,3-PDO的方法成本較高。因此，更低成本的方法如以葡萄糖為底物或生物柴油轉化法相繼出現。

(2)葡萄糖轉化法

①一步法:杜邦公司與Genencor公司合作開發了生產生物基1,3-PDO的一步法，以葡萄糖為底物在基因工程菌的作用下轉化為1,3-PDO,該法提高了生產效率，可大大降低生產成本。

②兩步法:清華大學提出了以甘油為底料，葡萄糖為輔助底物的生產工藝，葡萄糖在耐高滲酵母的作用下轉化為甘油，再由克雷伯氏肺炎桿菌將其轉化為1,3-PDO。大連理工大學采用玉米為原料，經兩步法發酵生產1,3-PDO。

圖3.葡萄糖一步法和兩步法轉化為1,3-PDO

③生物柴油轉化法

每噸生物柴油大約副產100kg甘油，因此由生物柴油得到的粗甘油再經生物發酵制備1,3-PDO具有-定的成本優勢。2011年， 江蘇盛虹集團與清華大學合作，以生物柴油副產物甘油為原料生產1,3-PDO,建成了3萬噸/年的生產裝置。

圖4.生物柴油轉化法制備1,3-PDO

表1.生物基1,3-PDO的生產企業與技術來源

2.合成工藝

圖5.生物基PTT纖維的合成工藝

生物基PTT由對苯二甲酸二甲酯(DMT)或精對苯二甲酸(PTA)和生物基1,3-PDO聚合而得，再經熔融紡絲或靜電紡絲得到生物基PTT纖維。其聚酯合成工藝大致可分為以下兩種:

①直接酯化法(PTA法):該方法以PTA和1,3-PDO為原料，在催化劑的作用下發生酯化反應，得到中間的產物BHPT,然后進一步進行縮聚 反應制得PTT。

②酯交換法(DMT法):對苯二甲酸二甲酯(DMT)與1,3-PDO進行酯交換，酯交換在140 ~ 220°C進行，采用Ti系催化劑，先脫除甲醇，升溫至270°C并減壓到5kPa進行縮聚，制得PTT。

與DMT法相比，PTA法生產成本較低，工藝成熟、合理，生產效率高,生產過程中產生水比甲醇更容易處理，回收過程更簡化，并能減少環境污染。因此，直接酯化法是大規模制備PTT的主要方法。

3.性能

PTT纖維的表面形態結構呈光滑條形狀，且光反射、折射較強，纖維光澤較強;表面有空隙，有一-定的導濕、透氣及保暖性;可制成各種不同截面形態的纖維產品，還可在制造過程中直接加工成有色PTT纖維，方便選用。

PTT纖維的"Z"型螺旋結構使其具有優于其他纖維高彈性和良好的回彈性能。由于PTT纖維具有較低的玻璃化轉變溫度，使其可常壓染色，由于PTT特殊的結構，染料更容易進入纖維內部，所以染色性能要優于PET纖維。PTT纖維將各種纖維的優點集于一身，如滌綸的抗污性，錦綸的柔軟性，腈綸的膨松性。與彈性纖維氨綸相比更易于加工，非常適合用于紡織服裝面料。

圖6. Sorona纖維的優良性能.

PTT纖維還有良好的熱穩定性，抗褶皺性，抗靜電性，抗紫外線等。PTT纖維與其他纖維的性能比較見表2。

表2.PTT纖維與PET、PA6、PA66纖維的性能比較

4、應用

PTT纖維的優良性能使其非常適合用于服裝面料。其良好的染色性和印花適應性可用于生產各式各樣的染色面料，耐污性可使衣物更便于護理與清洗，其柔軟的手感與彈性，較低的吸水性以及良好的懸垂性可提高衣物的穿著舒適度。將PTT纖維與其它纖維混紡可得到更優性能的制品。比如，PTT纖維與棉、粘膠、天絲、麻等纖維素纖維交織，其手感和抗褶性好，可用于針織內衣、機織面料等。

PTT與桑蠶絲交織用于記憶面料，既彌補了桑蠶絲產品難打理的缺陷,又使其性能遠遠超過了純化纖記憶面料。PTT纖維用于記憶面料可使其更輕薄,更柔軟親膚，更吸汗透氣。

圖7. PPT纖維在服裝領域的應用

PTT具有優良的抗污性能，且抗靜電性好，可用于地毯的生產制造中。同時，PTT纖維也是可用于制備非織造布的良好材料,還可應用于其他的領域，如床上用品、裝飾物、汽車腳墊、織帶等。目前，PTT纖維獨特的性能及優點使其發展速度迅猛，發展前景十分良好。隨著對PTT纖維加工與應用研究的不斷深入，其應用領域將更加多元化。

圖8. PTT纖維的應用

二、PDT (生物基PET)纖維

PET纖維(滌綸)是合成纖維的重要組成部分，2017年中國的化纖總量已超過5000萬噸，其中滌綸的產量約占總量的80%。滌綸在服裝領域、裝飾領域、民用織物及工業用織物領域都有著廣泛的用途。而大多PET纖維的原料由石油提取而來。全球對聚酯其及原料的大量需求與有限不可再生的石油資源形成了矛盾，限制了聚酯行業的發展，同時巨大產量伴隨的廢棄物對環境造成了嚴重的負擔。因此，開發可替代石油基聚酯的生物基材料成為了研究的熱點。生物基材料的使用可以降低對不可再生資源的依賴以及溫室氣氣體的排放量，如圖9

圖9.石油基PET和生物基PET、PEF的不可再生能源使用和溫室氣體排放量的比(哥白尼可持續發展研究所評估結果)

PDT (聚對苯二甲酸多組分二元醇酯)纖維就是一種生物基PET纖維 ，由聚對苯二甲酸多組分二元醇酯紡絲制得。

1.原料

PET的原料為對苯二甲酸 (PTA)和乙二醇(EG)，目前各 大企業已經開發出了生物法制備這些原料的工藝。

(1)生物基對苯二甲酸

生物基對苯=甲酸可由生物基對二甲苯(PX)或苯、甲苯和對二甲苯的混合芳烴BTX制得，目前已有多家公司開發了生物基PX或BTX的制備工藝，用于生產生物基對苯二甲酸(表3)。生物基PTA也可由生物質經多次轉化制備而來。日本群馬大學研發團隊以糠醛為起始原料,經過一系列反應得到生物基PTA (圖10)。

表3.生產PTA的公司與工藝

(2)生物基乙二醇

生物基乙二醇的制備方法主要有以下幾種:①生物質水解發酵經山梨醇制備EG。2005年， 我國長春大成集團公司率先實現了以該法制備EG的工藝(圖)，建成2萬t/a的生物基EG中試裝置，2007年建成20萬t/a的工業化示范裝置。該法制得的生物基二元醇為多組分混合醇，含有質量分數為2%左右的丙二二醇、丁二醇和戊=二醇等多組分二元醇，用來制備PDT聚酯。②生物質經合成氣制EG：生物質先經氣化制得合成氣，然后再直接(或間接)合成EG。③生物Z醇化學法合成EG:首先采用生物質發酵工藝制取乙醇，然后乙醇脫水制乙烯，再經氧化制環氧Z烷，*后水合生成EG。還有其它方法如生物基乙二醛制乙二醇、纖維素催化轉化制乙:二醇等。生物基乙二醇的生產公司及工藝如表

圖11.以玉米為原料制備生物基多元醇(圖片來源于網絡)

表4.生物基乙二醇的生產公司及工藝

2.合成工藝

生物基PET-般以生物基PTA或生物基EG為原料聚合而來。當生物基EG為多組分二元醇時，得到的聚酯為PDT。PDT由生物基乙二醇與對苯二甲酸或對苯二甲酸二甲酯聚合得到，合成工藝主要是PTA法，包括酯化、預縮聚和終聚幾個階段。由于多組分-元醇的存在，與石油基聚酯相比，PDT的聚合過程和真空度都需要提升。聚酯合成后再經過絲工藝制得PDT纖維，紡絲裝置可利用PET的設備完成。目前，PDT纖維在萬噸級裝置上已經實現了產業化。2010年，大成集團與福建海天集團展開戰略性合作，致力于將PDT聚酯打造成為一種全新的"低碳、環保、綠色"的新材料。海天集團推出了新型PDT纖維產品，名為Socorna?海天集團與臺灣宏遠興業展開合作，后者負責紡絲及下游產品的加工與應用開發。

圖12.合成生物基PET的路徑

3.性能與應用

PDT纖維具有拉伸和回彈性，拉伸后可快速回彈至原狀，用于衣物中可提高其舒適合身性。與PET相比，PDT纖維的伸長率更高，具有更柔軟的手感。

PET纖維同樣具有較低的玻璃化轉變溫度，可以常壓染色，且具有更高的水洗牢度和熨燙牢度。同時，PDT纖維具有比PTT和PET纖維更好的抗靜電性。PDT纖維也可與羊毛等天然纖維混紡，制得更優良的面料。PDT纖維的原料之一可由生物質資源轉化而來，降低了CO2排放，是低碳、環保、綠色的新型纖維材料，可用于服裝、裝飾材料、產業等領域。

轉自：中國纖維流行趨勢