生物医用纺织材料及其器件研究进展
生物基聚酰胺56材料的研究进展
第1期纤维复合材料㊀No.1㊀129 2024年3月FIBER㊀COMPOSITES㊀Mar.2024生物基聚酰胺56材料的研究进展徐㊀飞1,2,李圣军3,朱㊀炜3,李长恩1,2,桂早霞1,2,张梦园1,2,甘胜华1,2(1.浙江桐昆新材料研究院有限公司,嘉兴314500;2.嘉兴市新材料研发重点实验室,嘉兴314500;3.桐昆集团股份有限公司,嘉兴314500)摘㊀要㊀生物基聚酰胺56是以生物基戊二胺和石油基己二酸为原料得到的一种新型的极具发展前景的生物基聚酰胺材料㊂本文分析了生物基聚酰胺56的结构特点所带来的性能优势,其物理性能㊁耐磨性㊁耐腐蚀性㊁耐热性㊁吸湿性㊁柔软性以及染色性等都很优异㊂本文介绍了生物基聚酰胺56在工程塑料㊁纤维㊁纳米纤维膜等领域的应用,总结了目前国内生物基聚酰胺56的产业化现状,指出目前生物基聚酰胺56在研发及产业化过程中需要解决的问题,包括原料的稳定供应,聚合与纺丝工艺突破㊁生产过程节能减排㊁建立统一的产品检测评价标准等㊂关键词㊀生物基聚酰胺56;结构;性能;应用领域;发展现状Research Progress of Bio-based Polyamide56XU Fei1,2,LI Shengjun3,ZHU Wei3,LI Changen1,2,GUI Zaoxia1,2,ZHANG Mengyuan1,2,GAN Shenghua1,2(1.Zhejiang Tongkun Institute for Advanced Materials Co.,Ltd.,Jiaxing314500;2.Jiaxing Key Laboratory of Advanced Materials R&D,Jiaxing314500;3.Tongkun Group Co.,Ltd.,Jiaxing314500)ABSTRACT㊀Bio-based polyamide56is a novel and highly promising material which is obtained from bio-based pen-tanediamine and petroleum based adipic acid.The performance advantages brought by the structural characteristics of bio-based polyamide56are introduced in this article,which has good physical properties,wear resistance,corrosion resistance, heat resistance,moisture absorption,softness and dyeing.In this article,we introduce the application of bio-based poly-amide56in the fields of engineering plastics,fibers and nanofiber membranes,summarize the current industrialization sta-tus of bio-based polyamide56in China and point out the problems that need to be solved in the research and development process of bio-based polyamide56,including stable supply of raw materials,breakthroughs in polymerization and spinning processes,energy conservation and emission reduction in production processes,and establishment of unified product testing and evaluation standards.KEYWORDS㊀bio-based polyamide56;structure;performance;application;development status通讯作者:甘胜华,男,博士,高级工程师㊂研究方向为高分子化学与物理㊂E-mail:gsh@纤维复合材料2024年㊀1㊀引言聚酰胺6和聚酰胺66是应用最广泛的聚酰胺材料,但目前生产聚酰胺6和聚酰胺66的原料均来自于石油,还未开发出产业化生产其生物基单体的方法㊂生物基聚酰胺56是一种新型的生物基聚酰胺材料,其生物基单体戊二胺是由玉米㊁小麦等生物质原料发酵而得到的[1]㊂与石油基聚酰胺6和聚酰胺66相比,生物基聚酰胺56的生产过程可降低约50%的不可再生资源的消耗㊂与聚酰胺66原料之一己二腈常年依赖进口不同,我国拥有自主知识产权的戊二胺生产技术,上海凯赛生物技术股份有限公司和宁夏伊品生物科技股份有限公司均拥有成熟的生物法生产戊二胺的工艺㊂生物基聚酰胺56的很多性能与聚酰胺66相近,并且在吸湿透气和低温可染等方面比聚酰胺66更加突出㊂发展生物基聚酰胺56,一是能够突破聚酰胺产业原料受限制的困局;二是能够响应国家双碳政策,顺应国际绿色发展的趋势;三是能够为我国生物基聚酰胺的发展开创新局面,推动我国生物基材料产业的发展㊂2㊀生物基聚酰胺56的结构与性能生物基聚酰胺56是由含有奇数个碳原子的戊二胺和含偶数个碳原子的己二酸熔融缩聚而成的脂肪族聚酰胺,其合成反应式如图1所示㊂聚酰胺56拥有聚酰胺系列材料的基本性能,如优良的机械强度㊁耐磨性,较好的耐腐蚀性等㊂此外,由于聚酰胺56的分子结构为奇偶型碳原子排列,酰胺基团的错位分布使其分子链之间的羰基与氨基不能完全形成氢键㊂聚酰胺56独特的结构特征,使其表现出与聚酰胺6㊁聚酰胺66相似的性能外,更赋予其柔软舒适㊁吸湿性好㊁易染色等性能[2]㊂图1㊀聚酰胺56的合成反应式生物基聚酰胺56主要性能如下,与聚酰胺6和聚酰胺66一样,聚酰胺56具有质轻的特点,其相对密度(1.14g/cm3)低于聚酯(1.4g/cm3)㊂聚酰胺56玻璃化转变温度低,它的玻璃化转变温度为55ħ,低于聚酰胺66(65ħ)和涤纶(75ħ),具体性能参数如表1所示[3-8]㊂聚酰胺56的熔点在254ħ左右,与聚酰胺66相当,远高于聚酰胺6㊂聚酰胺56最大热损失速率温度约为440ħ,热分解温度远大于熔融温度,可纺性能好[8]㊂聚酰胺56中酰胺键的存在使相邻分子链间形成稳定的氢键,在结晶时形成放射状球晶结构,与聚酰胺66㊁聚酰胺6相比,聚酰胺56结晶速率较快㊁球晶对称性更好㊁规整度更高[9],良好的结晶结构有利于聚酰胺56纺丝成形,提高其力学性能㊂聚酰胺56纤维的强度与聚酰胺66相近,高于涤纶,是粘胶纤维的3倍左右,是羊毛的4~5倍[10]㊂表1㊀几种高分子材料性能对比[3-8]聚酰胺56聚酰胺6聚酰胺66PET 相对密度/(g/cm3) 1.14 1.13 1.14 1.4玻璃化温度/ħ55526575熔点/ħ254224262255饱和吸水率/%14%10%8%--由于聚酰胺56分子链的奇碳结构,其分子链上存在大量未成氢键的酰胺基团,增加了聚酰胺56的染色位点,因此相较于聚酰胺66,聚酰胺6,聚酰胺56的上染速率快,上染率更高㊂聚酰胺56纤维可以用酸性染料㊁分散染料㊁活性染料以及中性染料进行染色[11]㊂此外,由于聚酰胺56的玻璃化转变温度低,聚酰胺56可以在较低温度下(50ħ~90ħ)进行染色㊂聚酰胺56分子链中游离的酰胺基团使其具有优异的吸湿性,经测定,生物基聚酰胺56的饱和吸水率可达到14%,比聚酰胺66(饱和吸水率8%)及聚酰胺6(饱和吸水率10%)还高㊂优异的吸湿排干性能能够显著提升生物基聚酰胺56织物的穿着舒适度㊂3㊀生物基聚酰胺56的应用生物基聚酰胺56具有良好的机械性能㊁可加工性能,其耐热性㊁耐腐蚀性㊁吸湿性㊁染色性均很优异,在多个领域具有很好的应用前景[12-17]㊂各企业相继开发出生物基聚酰胺56系列产品,产品质量可靠,有望替代相关石油基产品㊂各大高校也纷纷致力于研究高性能㊁功能性的生物基聚酰胺031㊀1期生物基聚酰胺56材料的研究进展56材料,拓宽生物基聚酰胺56的应用领域㊂3.1㊀生物基聚酰胺56在工程塑料领域的应用生物基聚酰胺56作为一种新型的聚酰胺材料,它的机械强度高,力学性能优异,耐热性㊁耐腐蚀好,质轻,可加工性好,研发人员希望它能够替代聚酰胺66㊁聚酰胺6作为工程塑料应用在新能源汽车[13]㊁高铁㊁电子产品㊁建筑板材㊁结构件等方面㊂叶士兵等人[14]进行了生物基聚酰胺56在车用工程上的应用评价,他们对比分析了三种玻纤增强聚酰胺,生物基聚酰胺56㊁聚酰胺66㊁聚酰胺6三种材料的性能,发现聚酰胺56的基本物理性能㊁长期抗老化性能㊁长期耐油性均不弱于聚酰胺66和聚酰胺6㊂但由于聚酰胺56的奇碳结构使其具有更好的吸湿性,高的吸水率使聚酰胺56塑料湿态性能变化最大,耐水解(醇解)性能最差,相关性能对比如表2[14]所示㊂生物基聚酰胺56目前尚不能替代聚酰胺66作为工程材料在汽车上使用㊂若能解决高吸湿带来的性能下降问题,生物基聚酰胺56凭借着自身的性能优势㊁环保属性,它在工程塑料方面,实现 以塑代钢㊁以塑代铝 还是有着很广阔的发展前景㊂表2㊀玻纤增强聚酰胺部分性能对比[14]聚酰胺66-G30聚酰胺56-G30聚酰胺6-G30干态性能拉伸强度/MPa195192178缺口冲击强度/(kJ/m2)11.510.612.8湿态性能拉伸强度/MPa133112115缺口冲击强度/(kJ/m2)3439.940.7高温水解(醇解)性能保持率拉伸强度保持率/%45.7 6.323.5弯曲模量保持率/%61.228.443.23.2㊀生物基聚酰胺56在纤维领域的应用聚酰胺56独特的分子结构使其作为纤维产品具有很多优异的性能㊂生物基聚酰胺56纤维的力学性能与聚酰胺66相近,但它具有更优异的吸湿性,染色性,服用舒适性,因此在纤维领域有很广阔的应用前景[15-23]㊂目前对于生物基聚酰胺56纤维的应用主要集中在两个领域,一个是纺织服装领域,一个是工业丝领域㊂3.2.1㊀纺织服装经研究发现,与聚酰胺6和聚酰胺66纤维相比,生物基聚酰胺56纤维具有吸湿快干性,亲肤性,耐磨性,柔软性,低温易染性,因此非常适合应用在纺织服装领域㊂目前已有多家企业开发出多种应用在纺织领域的生物基聚酰胺56长丝㊁短纤㊂上海普弗门化工新材料科技有限公司开发出一种高稳定性生物基聚酰胺56纤维[18],其可纺性能好,在长期使用状态下仍然具有良好的耐老化性㊂改进工艺后得到的聚酰胺56POY规格为33dtex/ 24f,断裂强度为3.0cN/dtex,断裂伸长率75%;经过拉伸假捻变形得到的DTY规格为27.5dtex/ 24f,断裂强度为3.8cN/dtex,断裂伸长率28%,回潮率5.5%㊂DTY纤维在180ħ烘箱放置30min,纤维不发黄,检测其断裂强度为3.7cN/dtex,断裂伸长率26%;纤维在紫外灯照射120h,纤维不发黄,检测其断裂强度为3.8cN/dtex,断裂伸长率27%㊂上海凯赛生物技术股份有限公司开发出的系列生物基聚酰胺56纤维具有低温易染㊁柔软亲肤㊁易吸易排㊁耐候耐磨的服用特性㊂其可制作成针织与梭织面料,应用在内衣㊁衬衫㊁西装㊁羽绒服㊁冲锋衣㊁袜子㊁箱包㊁窗帘等方面㊂军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所开发出具有优异力学性能和阻燃性能的生物基聚酰胺56短纤[19]㊂断裂强度最高能到9.6cN/dtex,极限氧指数最高能达到36.3%,断裂伸长率为40%~60%,标准回潮率为4%~5%㊂这些短纤能够适应不同需求及用途,其可应用在军服㊁作战服㊁鞋靴㊁袜子㊁内衣等服装领域㊂3.2.2㊀工业丝生物基聚酰胺56纤维具有断裂强度高,耐磨性好,耐疲劳性能优良等特点,聚酰胺56与聚酰胺66工业丝主要性能对比如表3所示[20],从表中数据可以看出聚酰胺56工业丝的性能与聚酰胺66相当,是很好的替代聚酰胺66工业丝的绿色纤维㊂131纤维复合材料2024年㊀目前已经开发出可以用在帘子布,安全气囊,帆布,绳索,降落伞,缝纫线,脱模布,水口布,安全带与输送带等方面的生物基聚酰胺56工业丝㊂表3㊀聚酰胺56与聚酰胺66工业丝性能对比[20]项目聚酰胺56工业丝聚酰胺66工业丝线密度/dtex 942.4930.2断裂强力/N 77.378.1断裂强度/(cN /dtex)8.28.31断裂伸长率/%19.819.44.7cN /dtex 定负荷伸长率/%11.612.21%伸长初始模量/(cN /dtex)51.655.85%伸长初始模量/(cN /dtex)30.329.5浙江恒澜科技有限公司开发出一种高强低模改性生物基聚酰胺56工业丝[21],通过加入含有支链结构的己二酸作为改性单体,使其纤维取向度提高,从而增强了纤维的力学性能,同时又降低了结晶尺寸,进而降低模量㊂改性后的生物基聚酰胺56初生纤维经四级牵伸后得到的工业丝,强度为7.0~9.2cN /dtex,断裂伸长率为18%~33%,干热收缩率为5%~10%㊂这种工业丝是制备汽车安全气囊的理想材料㊂江苏太极实业新材料有限公司开发出一种由高粘生物基聚酰胺56树脂生产的高强聚酰胺56工业丝[22]㊂相对粘度为3.2~3.8;断裂强度为8.0~10.0cN /dtex;断裂伸长率为16%~24%;断裂强度保持率ȡ90%,具有强度高㊁伸长率低㊁尺寸稳定性好㊁耐疲劳和耐老化等特点,使得其广泛应用于轮胎帘子线㊁帆布㊁传输带㊁安全气囊㊁降落伞㊁绳索㊁安全带㊁工业滤布或帐篷等领域㊂上海凯赛生物技术股份有限公司开发出一种脱模布用的生物基聚酰胺56高强丝[23]㊂该高强丝铜离子含量为55~90ppm;孔数为30~48孔;断裂强度ȡ6.8cN /dtex;177ħ㊁2min 干热收缩率ɤ7.5%;180ħ㊁4h 耐热强力保持率ȡ90%;初始模量ȡ40cN /dtex;4.7cN /dtex 定负荷下伸长率为8~15%㊂其具有优异的拉伸㊁抗拉㊁剥离强度以及良好的耐热性能,特别适用于脱模布㊂3.3㊀高性能㊁功能性生物基聚酰胺56应用探索华东理工大学郭卫红教授团队[24-25]开发出具有超韧性和高抗冲击性的生物基聚酰胺56塑料㊂改性塑料的制备过程如图2所示[25]㊂他们将弹性体乙烯-辛烯共聚物(POE)与聚酰胺56进行熔融共混,发现弹性体与聚酰胺56有很好的相容性,弹性体的存在能够有效分散冲击应力,降低缺口敏感性,使聚酰胺56的韧性和抗冲击性能得到显著提高,缺口冲击强度提升了17倍㊂这种具有超韧性和高抗冲击性的生物基聚酰胺56塑料能够应用在汽车保险杠㊁车身板㊁车门以及电子电器㊁机械轴承和航天航空等上面㊂图2㊀POE 改性聚酰胺56塑料的制备工艺[25]㊀㊀西安工程大学杨建忠教授团队[26]将经过等离子体活化的碳纳米管与己二胺接枝得到氨基化碳纳231㊀1期生物基聚酰胺56材料的研究进展米管(AMWNTs),再与生物基聚酰胺56熔融共混改性,AMWNTs 的加入一方面提高了聚酰胺56的热稳定性,并降低其玻璃化温度,有利于低温下PA56的使用,另一方面显著提高了聚酰胺56纤维的导电性㊂台湾省成功大学[27]㊁上海东华大学[28]都成功通过抗菌剂聚六亚甲基胍盐酸盐对生物基聚酰胺56纤维进行改性,制备出具有优异抗菌性能的抗菌纤维㊂3.4㊀生物基聚酰胺56在纳米纤维膜领域应用探索东华大学丁彬教授团队[29-30]用静电纺丝的方法制备出的生物基聚酰胺56纳米蛛网纤维膜平均孔径小,纤维之间存在空腔结构㊂这种纤维膜可以作为空气过滤材料,过滤方式为表面过滤㊂生物基聚酰胺56纳米蛛网纤维膜具有优良的力学性能㊁过滤性能㊁容尘量大且能重复使用,在过滤材料㊁防护口罩等方面具有应用优势㊂东华大学郭建生教授团队[31]制备出生物基聚酰胺56纳米纤维膜,将其作为纳米发电机的摩擦材料㊂聚酰胺56膜表面形貌及纳米发电机工作原理如图3所示[31]㊂聚酰胺56纳米膜表存在大量孔洞,这些孔洞有利于电荷的产生和富集㊂作为正负电摩擦材料的聚酰胺56膜和PLA 膜在接触摩擦后分别带上正负电荷,由于静电感应,Cu 电极背面带相反电荷,因此产生内部电势差,为达到电荷平衡,电子在外电路迁移产生电流㊂聚酰胺56纳米膜表现出很好的稳定性和环境适应性,器件输出性能稳定,环境适应性强㊂图3㊀聚酰胺56纳米膜形貌及纳米发电机工作原理[31]4㊀生物基聚酰胺56的产业化现状目前国内能够产业化生产生物基聚酰胺56的企业只有少数几个㊂上海凯赛生物技术股份有限公司在山东金乡㊁新疆乌苏建有总产能为5万吨/年生物基戊二胺及10万吨/年生物基聚酰胺的生产线,系列生物基聚酰胺56产品(泰纶㊁E -2260㊁E -1273㊁E3300㊁E6300等)生产线已经于2021年上半年正式投产㊂此外凯赛公司在太原的年产50万吨生物基戊二胺及90万吨生物基聚酰胺项目也在稳步建设中㊂黑龙江伊品新材料有限公司一期建成1万吨/年戊二胺㊁2万吨/年聚酰胺56盐生产线,并已于2022年10月成功试生产,1万吨/年生物基聚酰胺56切片生产线预计在今年下半年投产,至年底达产,并且二期规划建设10万吨/年生物基聚酰胺盐产线㊂优纤科技(丹东)有限公司在现有年产2万吨聚酰胺56纤维基础上,于2023年初投资数亿元,新增年产5万吨生物基聚酰胺56/聚酰胺66切片及纤维建设项目㊂5㊀结语聚酰胺作为重要的高分子材料之一,在纺织纤331纤维复合材料2024年㊀维㊁工程塑料等方面发挥着重要的作用㊂用生物基高分子材料替代石油基材料是现今高分子材料领域的重点发展方向㊂然而目前我国生物基材料的使用占比很低,生物基聚酰胺56的研发及其产业化能够推动我国生物基材料领域的高质量发展㊂虽然生物基聚酰胺56已经实现突破性发展,但其产业化生产还有诸多问题需要解决:(1)实现原料的稳定供应,降低原料价格,减少生产成本进而降低生物基聚酰胺56价格;(2)减少生产过程的能耗及污染物排放以实现绿色生产;(3)确定稳定的聚合㊁纺丝生产工艺,开发成熟的熔体直纺技术,实现产品的稳定生产;(4)提高生物基聚酰胺56产品的市场信任度,开拓生物基聚酰胺56应用市场,实现对石油基聚酰胺的替代;(5)建立行业统一的产品检测与评价标准㊂随着生物基聚酰胺56的发展,其凭借着性能优势㊁绿色属性,会在未来有更广阔的市场前景㊂参考文献[1]乔凯.生物基合成纤维单体发展现状及展望[J].纺织导报, 2017,879(02):32-38.[2]Eltahir A Y,Saeed A H,Xia Y,et al.Mechanical properties, moisture absorption,and dyeability of polyamide5,6fibers[J]. 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生物医用纺织品
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3.1 国外生物医用纺织品的研究进展
全球医用纺织品市场
每年以10％的速度递增 2010年销量达240万t，总价值达82亿美元 医用纺织品最发达的5个市场依次为:
美国、欧洲(以欧盟国家为主)、加拿大、日本、澳大利亚
5大市场医用纺织品的销量约占世界医用纺织品市场总销量的90%
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3.2 国内生物医用纺织品的研究进展
eptfe小口径人造血管通畅率63聚氨酯研究热点高分子之一聚氨酯材料顺应性耐磨性生物相容一定的抗凝血性polyurethane64存在的难点存在的难点可缝合性差自支撑力差形成血栓形成血栓小口径聚氨酯人造血管的难点65人造血管材料管壁特点顺应性抗凝血性组织相抗血液渗透性涤纶多孔织物一般eptfe膨化微孔膜蚕丝多孔织物一般一般较好较好聚氨酯多孔弹性膜较好较好一般较好不同材料人造血管的性能不同材料人造血管的对比66仿生结构小口径人造血管设想68超细丝素蛋白粉体的制备69粉体粒径分布70携药丝素粉体的制备实心丝素粉体71小口径管状织物的制备72人造血管的制备73人造血管与人体股动脉血管进行比较制备的小口径人造血管与人体股动脉血管在管径和壁厚上均十分接近74人造血管最大径向强度0000501001502002503003504000101937465510152025301020304050elongationmmtubularfabricpusfppusfpreinforcedtubularfabric76人造血管径向顺应性cd100cd人造血管径向顺应性
人造皮肤
人造血管
人工肝 人工肺 人工肾
人造气管
人造骨骼 人工关节 人工心脏瓣膜
人工心脏
5
纱布、手套等
口罩、手术服等
固腰带
人造心脏瓣膜
生物医用纺织品的发展现状及前沿趋势
01 发展现状
03 关键技术 05 总结
目录
02 前沿趋势 04 应用前景 06 参考内容
发展现状
目前，生物医用纺织品已经得到了广泛的应用，市场规模也在不断扩大。其 中，最为常见的是以聚酯纤维、棉纤维、丝纤维等为原料制成的非织造布、编织 物和针织物等。这些产品主要用于手术缝合线、伤口敷料、人造皮肤、药物载体 等医疗领域。
2.存在的问题和不足
尽管我国眼科生物医用材料取得了长足的进展，但仍存在一些问题和不足。 首先，部分眼科生物医用材料仍然依赖进口，国内生产厂家较少，导致成本较高。 其次，部分眼科生物医用材料的质量不稳定，存在一定的安全隐患。此外，部分 医生对眼科生物医用材料的认知程度不高，使用不当的情况时有发生。
（1）新材料研发：眼科生物医用材料将不断推出新的研发项目，如新型人 工晶状体、更为逼真的义眼等。
（2）技术升级：现有眼科生物医用材料的生产工艺将不断升级，以提高产 品的质量和稳定性。
（3）个性化定制：随着医疗技术的进步，眼科生物医用材料的个性化定制 将成为未来的发展趋势，以满足患者不同的需求和眼部情况。
（4）临床应用拓展：眼科生物医用材料将不断拓展其临床应用范围，如用 于治疗复杂眼病、改善视觉质量等。
3.未来发展方向
为了提升我国眼科生物医用材料的发展水平，未来需要加强以下几个方面的 工作：
（1）加强研发投入：加大对眼科生物医用材料的研发投入，支持新材料、 新技术的研发和应用，提升国内生产厂家的竞争力。
二、血管植入生物医用材料的发 展现状
1、血管生物材料的种类与特性：根据制造工艺和材料性质的不同，血管生 物植入物可分为合成材料、生物降解材料和天然生物材料。合成材料主要包括聚 乙烯、聚丙烯等；生物降解材料则有聚乳酸、聚己内酯等；天然生物材料则包括 人源血管、动物源血管等。这些材料各有其特性和适应症，需根据患者的具体需 求和状况进行选择。
生物质材料在纺织方面的应用
１ ２ 印染废 水 吸附剂 ．
１ 木 质 素 及 其衍 生 物
业 中应用越 来越 广泛 。国外在 １ 纪 ７ ９世 Ｏ年代 就 对 木 质素磺 酸盐 进行 了研 究应 用 ， 国起 步较 晚 ， 用 量 远 我 使 低 于 国外 ， 尚有 很 大 发 展 空 间 。常规 染 料 大都 在 聚合
物 降解 为 水 、 氧化碳 和 其他 小 分子 产 物 ， 可再 次进 二 并 入 自然 界 循 环 ， 备 可 再 生 和 可 生 物 降 解 的 极 大 优 具 势 ［ 。常规 纤 维 主 要 依 赖 不 可 再 生 、 １ ］ 日趋 枯 竭 的石 油 资 源 和高 碳 排高 成本 的 棉 、 、 、 等 天然 纤 维 资源 ， 毛 麻 丝 而 印染 产业 所 用 的染 料 和助 剂亦 主要 来 源 于生产 石化 原 料 资源 ， 印染 加 工过 程消 耗 大量 的水 和能 源 ， 产 且 并 生 大 量废 水 ， 严重 污染 环 境 。随 着石 油 资源 日益 匮乏 ，
的环保 问题 及 消 费 者 对 纺 织 品生 态 安 全 性 的 日益 重
视， 印染行 业 转 型 发 展 迫 在 眉 睫 。我 国 生 物质 纤 维 资 源 储 量丰 富 ， 开发 低 碳 排 生 物 质新 资源 是 解 决 国 内纺 织 工业 资 源不 足 ， 实现 持续 发展 的重 要手 段 。
２ １ 年第 １ ０２ 期
进展 与述评
生 物 质 材 料 在 纺 织 方 面 的 应 用
生物技术在纺织行业中的应用——生物技术在化纤工业中的应用与展望
Ｂｏｅ 的纤维 呈 三度 空间连 接 的孔 隙结 构 ， ｉｆｌ ｔ 其使 用的
原料为 医药 级的生物 高分子， 通常选 用Ｐ Ａ、 Ｌ Ａ、 Ｃ ￣ Ｇ ＰＬ Ｐ ＬＵ
目前 在 医 学 组织 工程 及 药液 控 释 领域 ， 究开 发 和 研
先期 临 床使 用 的生物 聚合 物 材 料主 要 涉及Ｐ Ｇ Ｐ Ｇ ／ Ｌ Ａ、 Ｌ Ａ ＰＡ ＰＧ Ｌ － Ｅ 镶嵌 共聚物 、 Ｌ Ａ Ｃ ） Ｐ Ｂ ， Ｇ Ｐ Ｌ 、 Ｐ（Ｌ － Ｌ 、 Ｈ Ｖ Ｐ Ａ Ｌ Ａ
表 ３所 示 。
表 ３ 部分生物聚合物亚微米一 纳米纤维网材的技术特征
纤维成形工艺 技术特点 Ｄ ＭＦ ￣ ｔ ，单丝直径 ７ ０ｈ ｌ ＇ ９ ０ ｉ，溶 液 ｌ 静蚴
２０年 ） ０７ ｗ 嘲 ％ （ ｔ％ ’ ２ ０ 形 问距 。 １ ５～ ２ Ｖ ０ｋ
２ ｍ； 材直 径 ３ ～ １ ｃ Ｂｏｅ 的厚 度为 ０３～ ７ ０ｃ 管 ５ ｍ。 ｉｆ ｔ ｌ ． ． ０
续性 。
ＰＡ Ｌ 美国Ｂ ａ／ ｉ ￣ ｘ 使用纤维级Ｐ Ａ （２ １ ／２ ２ Ｌ ６ ０ Ｄ ６ ５ Ｄ．组
熔喷
分比 ８ ／ １．纤网单纤直径 ｌ ｍ． 高效过滤介 质 ０２ ０ ｕ 纺丝组件 １ 排 共计 ２ ０ ２ ０孔。 ５
｛０ ９ ） ２０年
２ ４ 生物增强 复合材料 ．纤维方面 取得了突破 性进展 ， 并向市场 投放了一种 全新
的 、 用可再 生 资源 （ 使 玉米 ） 为原料 的生物 聚氨酯 弹性 纤维 “ ａｅ ｓ 。 Ｒ ｄｌ ｔ 该纤 维 中生物 基组 分 占 ８ ％， 之于石油基 ａ” ０ 较
聚 氨酯 纤维 ， 能耗 和 温 室气体 排放 总 量方面 显 示出可持 在
生物医用纺织品的发展与应用概述
生物医用纺织品的发展与应用概述作者：王欣苗来源：《科学与财富》2015年第35期摘要：本文简要论述了生物医用纺织品的发展与应用，主要介绍生物医用纺织品的定义、分类，重点阐述了生物医用纺织品中人造血管的发展历程、几种特殊的人造血管、人造血管的织造方法以及技术进展、其性能要求和表征指标和人造血管采用的材料及其加工方法。
关键词：生物医用纺织品；发展；应用；人造血管生物医用纺织品是在医疗卫生领域、保健领域、生物医学领域所用纺织品的总称，也是纺织材料的重要应用领域之一，它具有高度的安全性、舒适性、多种功能集于一体以及绿色环保等多种优良特性。
生物医用纺织品是纺织技术与生物医学学科高度结合而形成的新领域，是产业用纺织品中具有最高的创新性和科技含量的品种之一。
它也是集纺织与材料科学、生物化学、化学高分子科学、医学等学科于一身的高科技产品。
在人民生活水平逐渐提高的今天，要求有满足多种性能的纺织品应用于医学领域，更好的服务于人类。
1 生物医用纺织品的性能要求1.1 不直接接触类由于此类生物医用纺织品不直接与生物体接触，因此该医用纺织品在性能上除了要满足医用纺织品普遍具有的性能外，还要求该纺织品能够经受各种消毒处理和清洗处理，达到所要求的卫生条件。
1.2 直接接触类这类生物医用纺织品会与生物体发生直接接触，因此要求其具有以下性能：（1）首先要做到无毒、无菌，不会变质；（2）其次要求该类纺织品不会与生物组织发生反应，没有致敏性、致癌性和致畸形性；（3）且要求该纺织品与生物体液，生物血液接触时不会破坏体液和血液的成分和生理功能。
1.3 进入生物体内类这一类生物医用纺织品对于材料本身的性能要求是最严格的，它必须要具备的性能如下：（1）生物相容性。
通常进入生物体内的医用材料与生物机体或者生物自身的血液、体液相接触时，会发生两种不相容性：一种是生物体对材料做出的反应，称为“宿主反应”，另一种是对生物体生理环境的适应性，称为“材料反应”，包括生理的腐蚀、吸收、降解、变形、失效等。
生物医用材料的研究现状与发展趋势是什么？
生物医用材料的研究现状与发展趋势是什么？生物医用材料是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，其应用不仅挽救了数以千万计危重病人的生命，而且降低了心血管病、癌症、创伤等重大疾病的死亡率，在提高患者生命质量和健康水平、降低医疗成本方面发挥了重要作用。
伴随着临床的成功应用，生物医用材料及其制品产业已经形成，它不但是整个医疗器械产业的基础，而且是世界经济中最有生机的朝阳产业。
随着社会经济的发展，生活水平的提高，以及人口老龄化、新技术的注入，生物医用材料产业以高于20%的年增长率持续增长，正在成长为世界经济的支柱性产业。
发展生物医用材料科学与产业不仅是社会、经济发展的迫切需求，而且对国防事业以及国家安全也具有重要意义。
正如美国21世纪陆军战略技术报告中指出的，生物技术如战场快速急救、止血、创伤、手术机器人等技术，是未来30年增强战斗力最有希望的技术。
而生物医用材料，则是生物技术的重要组成部分。
作为一个人口大国，我国对生物医用材料和制品有巨大的需求，市场年增长率已高达30%以上。
多年来在国家相关科技计划支持下，我国生物医用材料的研究得到了快速发展，但与国际领先水平差距较大，占世界市场份额不到3%，生物医用高技术产品仍基本依靠进口，已成为导致我国医疗费用大幅度增加的重要原因之一。
生物医用材料科学的显著特点是多学科交叉，包括材料学、化学(特别是高分子化学与物理学)、生物学、医学/临床医学、药学及工程学等10余个学科。
因此，生物医用材料种类较多、应用范围广，是典型的小品种、多批量。
故本文简要概述生物医用材料的研究及应用现状与发展趋势。
生物医用材料的分类较多，可以从材料特性、使用范围等不同角度进行分类，本文从材料研究角度进行分类，主要包括高分子材料（含聚合物基复合材料）、金属、陶瓷(包括碳、陶瓷和玻璃)、天然材料(包括动植物材料)。
一、高分子材料1.高分子材料种类由于人体绝大部分组织与器官都是由高分子化合物构成，因此高分子材料在生物医学上具有独特的功效和重要的作用，是临床上应用最广的一类生物材料。
纺织技术专业中的生物基纤维研究进展
纺织技术专业中的生物基纤维研究进展引言：纺织技术作为一门古老而重要的学科，在现代社会中扮演着不可或缺的角色。
随着环境保护意识的增强和可持续发展的要求，研究生物基纤维的应用和开发已成为纺织技术领域的重要方向。
本文将介绍生物基纤维的定义、分类及其在纺织技术中的研究进展。
一、生物基纤维的定义与分类生物基纤维是指从植物、动物或微生物等生物体中提取的纤维材料。
根据来源的不同，生物基纤维可以分为植物纤维、动物纤维和微生物纤维三大类。
1. 植物纤维：植物纤维是指从植物的茎、叶、果实等部位提取的纤维材料。
常见的植物纤维包括棉花纤维、麻纤维、蕉纤维等。
植物纤维具有优良的柔软性和透气性，广泛应用于纺织品、纸张和建筑材料等领域。
2. 动物纤维：动物纤维是指从动物体内或外部提取的纤维材料。
常见的动物纤维包括羊毛、丝绸、鱼纤维等。
动物纤维具有优异的保暖性和光泽度，在纺织品和服装行业中得到广泛应用。
3. 微生物纤维：微生物纤维是指从微生物体内提取的纤维材料。
近年来，随着生物技术的发展，利用微生物合成纤维的研究逐渐兴起。
微生物纤维具有独特的结构和性能，可以应用于医疗、环境保护等领域。
二、生物基纤维在纺织技术中的研究进展1. 纤维材料的改性与功能化生物基纤维在纺织技术中的研究重点之一是改性与功能化。
通过改变纤维材料的表面性质和结构，可以赋予其抗菌、防水、阻燃等特殊功能。
例如，利用纳米技术将纳米颗粒引入纤维材料中，可以增强其抗菌性能；利用化学处理方法改变纤维表面的亲水性，可以实现防水功能。
2. 纺织品的可持续发展生物基纤维在纺织技术中的另一个重要应用是推动纺织品的可持续发展。
传统的纺织材料如化纤和合成纤维对环境造成的污染和资源消耗较大。
而生物基纤维具有可再生、可降解的特点，对环境影响较小。
因此，研究生物基纤维的制备、加工和应用，可以减少对环境的负面影响，实现纺织品的可持续发展。
3. 纺织品的功能性设计与创新生物基纤维的研究还促进了纺织品的功能性设计与创新。
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生物医用纺织材料及其器件研究进展
生物医用纺织材料是生物医用材料的重要组成部分，是以纤维为基础、纺织技术为依托、医疗应用为目的的医用材料，用于临床诊断、治疗、修复、替换以及人体的保健与防护。
生物医用纺织材料是纺织与材料、生物、医学及其他相关基础学科深度交叉融合产生的一类医用材料，其产品是医疗器械的一个重要组成部分，由各级食品药品监督部门监管。
与服用和家用纺织品相比，生物医用纺织品研发流程长，产品审批手续复杂，故新产品注册上市所需时间更长。
生物医用纺织材料按来源分类可分为生物医用金属纤维( 如不锈钢丝缝合线) 、生物医用无机非金属纤维( 如氧化铝纤维) 和生物医用高分子纤维。
其中，以高分子纤维居多。
生物医用高分子纤维包括: 1) 天然高分子基生物医用纤维，含纤维状的天然物质直接分离、精制而成的天然纤维和用天然高分子为原料经化学和机械加工制成的纤维，如纤维素及其衍生物纤维( 氧化纤维素) 、甲壳素及其衍生物纤维、蚕丝和骨胶原纤维等; 2) 合成高分子基生物医用纤维，如聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乳酸纤维等。
生物医用纺织材料纤维的主要成型方法有: 干法纺丝、湿法纺丝、熔融纺丝、干湿纺丝、乳液纺丝、凝胶纺丝等。
不同的纺丝方法可获得不同的截面形态和直径尺度的纤维。
截面形态包括圆形、三角、核壳及中空型等。
根据不同的成型方法可获得从纳米级到毫米级的不同纤维尺度。
熔融和湿法纺丝的纤维直径与大多数动植物细胞尺度相近，而静电纺丝纤维更接近于病毒的尺度。
生物医用纤维可经纺织手段制备成一维(线状)、二维(平面) 或三维(管状)纺织品。
其手段主要是指机织、针织、编织、非织、静电纺及复合成型方法。
实际研发过程中，常常根据医疗产品的需求，可选择1种或数种纺织手段来进行成型。
生物医用纺织品具有规则的多孔结构且连续贯穿，表面拓扑形貌规则且易控，厚度可在1 × 102～ 1 × 107nm范围内调节。
通过不同的纺织手段获得的纺织品，其力学性能各具特色且调节范围大。
生物医用纺织材料在临床上具有广泛的用途，可独立或参与制成人体器官或组织的替代物，不同的产品具有不同的医学功能。
1) 支持运动功能: 人工关节、人工骨、人工肌腱等; 2) 血液循环功能: 人工心脏瓣膜、人工血管等; 3) 呼吸功能: 人工肺、人工气管、人工喉等; 4) 血液净化功能: 人工肾、人工肝等; 5) 消化功能:人工食管、人工胆管、人工肠等;6) 泌尿功能: 人工输尿管、人工尿道等; 7) 生殖
功能: 人工子宫、人工输卵管等; 8) 神经传导功能: 人工神经导管等; 9) 感觉功能: 人工角膜、人工听骨等; 10) 组织修补功能: 人工皮肤、牙周补片、疝修补片等。
除植入性医疗器械之外，生物医用纺织材料还被广泛用于一般医疗产品，如缝合线、护创材料( 敷料) 、粘贴材料、手术洞巾等。
此外，还在保健与防护方面有重要应用，如压力袜、手术服、防护服、防护口罩等。
敷料的设计一般遵循较公认的湿润愈合理论。
目前创面敷料的材料主要有: 1) 天然高分子材料，如天然蛋白质（胶原蛋白、纤维蛋白) 、天然多糖类(纤维素、甲壳质、壳聚糖) ; 2) 合成高分子材料，如聚酯纤维、丙烯酸改性纤维、杂环碳酸酯与马来酸和异丁烯共聚纤维等。
生物合成敷料是该领域的重要研究课题。
生物合成敷料具有多层结构: 外层采用高分子材料，提供相当于表皮的屏障功能; 内层选用功能性天然材料，具有生物相容性、较好的吸收性、透气性、黏附性和抗菌、止血作用。
总之，生物医用纺织材料拥有明确的医疗应用目标，依赖于纺织、医学、材料、电子等学科的进步，产品正朝着小型化、高性能和低价格方向发展。
生物医用纺织材料未来的发展，还需集成多学科的技术成果，加强多领域的密切合作，吸引临床医学专家的关注。
本文综述了生物医用纺织材料及其器件的应用现状与研究进展，重点介绍了生物医用纺织材料的基本特征和基于生物医用纺织材料的医疗器械，归纳和分析了4 类纺织基医疗器械典型产品的应用与研究现状。
总而言之，生物医用纺织材料在医疗器械的开发与应用当中发挥着不可替代的作用。
然而，我国生物医用纺织材料产业才刚刚起步，高端产品几乎被国外跨国公司垄断，国产化进程缓慢。
与发达国家相比，国内企业无论是国际视野的高度、临床需求的重视方面，还是企业的运营管理、自主创新能力方面，均存在不小的差距。
所幸，国家已经将生物医用材料产业列为战略新兴产业的一部分，重点鼓励和支持。
相信在产业结构调整和经济转型驱动下，生物医用纺织材料会越来越受到重视，“大众创新”的大好局面为时不远。
展望未来，生物医用纺织材料的发展可从以下具体方面着手突破: 1) 加速生物医用纺织原材料的国产化; 2) 突破多维多元微型高精度医用纺织加工技术与装备研发;
3)创新面向临床的设计理论，强化综合功能设计理论; 4)推动生物医用纺织材料医疗器械的个性化; 5) 促进预防和康复纺织材料制品发展; 6) 形成多学科交叉、多部门协同、政产学研医互动创新机制; 7) 积极培育“ 生物医用纺织材料”国家级研究基地; 8) 深入探究生物医用纺织材料与生物体的互动响应机制。