秦治平 浙江安順化纖有限公司

隨著文明進步、科技發(fā)展，人們享受到了科技帶來的便利，但同時科技對環(huán)境的影響也越來越明顯。2021年，Peter S.Ross發(fā)表在Nature Communications期刊的文章中提到，在北極海域中發(fā)現(xiàn)塑料微粒污染物，其中92%是人造纖維，主要是滌綸纖維[1]。而早在2017年，Roland Geyer就花費大量的時間和人力統(tǒng)計了2015年全球塑料廢物產(chǎn)生量，如圖1所示，紡織行業(yè)造成塑料廢物產(chǎn)生量達到4,200萬t/a，該研究文章發(fā)表在了Science Advances期刊中[2]。除上述兩位學者及其團隊意識到塑料廢物對地球環(huán)境的污染危害之外，也有很多普通民眾、環(huán)保團體，甚至是各國政府開始關心此議題，因此對于從事人造纖維相關產(chǎn)業(yè)的我們來說，發(fā)展“永續(xù)經(jīng)營”的理念、研發(fā)可持續(xù)性纖維產(chǎn)品是當務之急，同樣也是企業(yè)的社會責任。

圖1 2015年全球塑料廢物產(chǎn)生量[2]

1 易可安?纖維（ECO-AN?）介紹

易可安?纖維是由浙江安順化纖有限公司開發(fā)的一種可降解的合成纖維產(chǎn)品，主要分為聚酯纖維（PET纖維）及復合纖維兩大類，復合纖維又分為低熔點PET纖維（CoPET/PET，俗稱4080）、ES纖維（PE/PET、PE/PP）、PP/PET及PA6/PET皮芯結構纖維。

1.1 制造工藝

易可安?纖維的制造工藝如圖2所示，生產(chǎn)的工藝方法與一般常用規(guī)格的纖維相似。首先是前紡工藝，在纖維紡絲中由失重式的母粒添加裝置按照一定的比例添加可降解添加劑，經(jīng)過擠出、紡絲、冷卻、成型、落絲及盛桶等工序。然后是后紡工藝，包括集束、牽伸、卷曲、上油、松弛熱定型及打包等，最后制成易可安?纖維成品。

圖2 易可安?纖維（ECO-AN?）前紡生產(chǎn)工藝示意圖

1.2 規(guī)格及種類

易可安?纖維規(guī)格及種類如表1所示，其產(chǎn)品分為兩大類，第一類為聚酯纖維（PET纖維），第二類為雙組分復合纖維。

表1 易可安?纖維產(chǎn)品規(guī)格

2 易可安?纖維材料降解機制

2.1 PET纖維降解機制

PET纖維降解機制如圖3所示，在一定的溫度、濕度、含氧量等環(huán)境條件下，纖維中的可降解添加劑會產(chǎn)生自由基使PET纖維中的酯基發(fā)生斷鏈，經(jīng)氧化還原成對苯二甲酸。接著PET中的大分子鏈裂解成小分子（約10～50個碳），分子量下降，這時環(huán)境中的微生物會根據(jù)其本身的喜好去分解這些小分子而產(chǎn)生CO2、H2O、CH4、O2、N2及鹽類等排泄物。

圖3 易可安?纖維材料：PET降解機制示意圖

2.2 PA6（Polyamide 6）降解機制

PA6在較溫暖潮濕的環(huán)境下，因其聚合反應為一種可逆反應，故會發(fā)生解聚現(xiàn)象，產(chǎn)生己內(nèi)酰胺、末端羧基（COOH-）和末端胺基（CONH-）小分子，但是常溫條件下解聚反應非常緩慢，在300℃以上的高溫環(huán)境，此反應才會快速進行。如圖4所示，在一定的環(huán)境下，纖維中的可降解添加劑會產(chǎn)生自由基，加速PA6的裂解反應，產(chǎn)生低分子量的小分子，最后被微生物分解。

圖4 易可安?纖維材料：PA6降解機制示意圖

2.3 聚烯烴降解機制

聚烯烴類纖維材料主要有聚乙烯（PE）及聚丙烯（PP），如圖5所示，可降解添加劑中的自由基，會使聚烯烴大分子鏈斷鏈或發(fā)生氧化還原反應。此時，PE主鏈段會有氧化現(xiàn)象，PP的側鏈會產(chǎn)生羥基（-OH），接著繼續(xù)降解，產(chǎn)生出適合讓微生物分解的小分子物質(zhì)。

圖5 易可安?纖維材料：PE及PP降解機制示意圖

3 降解性能檢測方法及易可安?纖維降解能力

3.1 檢測方法及規(guī)范

目前，材料的降解性能檢測方法及標準主要有5種：

（1）ASTM D5210：在城市污水污泥中測定塑料材料厭氧生物降解的標準試驗方法；

（2）ASTM D5988：測定土壤中塑料材料的需氧生物降解的標準試驗方法；

（3）ASTM D6691：通過特定微生物群落或天然海水接種物測定海洋環(huán)境中塑料材料的需氧生物降解的標準試驗方法；

（4）ASTM D5511：在高固體厭氧消化條件下測定塑料材料厭氧生物降解的標準試驗方法；

（5）GB/T 33797-2017：塑料在高固體份堆肥條件下最終厭氧生物分解能力的測定：采用分析測定釋放生物氣體的方法。

3.2 易可安?纖維降解能力測試

3.2.1 PET纖維與低熔點PET纖維

易可安?PET纖維降解性能如表2所示。多個標準的測試結果顯示易可安?PET纖維具有良好的降解性能，此外，纖維的物理性能、外觀，與一般纖維無太大差異。

表2 易可安?PET纖維降解性能[3]

低熔點PET纖維降解性能與易可安?PET纖維相當，主要降解機制也相同。

3.2.2 ES纖維(PE/PET復合纖維)

如圖6所示，易可安?ES纖維的降解性能按照GB/T 33797—2017經(jīng)過連續(xù)45天的堆肥可降解測試，降解率可達到1.9%，顯示其具有降解性能，且降解性能完全不影響纖維物理性能、外觀及使用。

圖6 易可安?PET纖維、易可安?ES纖維（PE/PET復合纖維）降解性能比較

4 易可安?纖維產(chǎn)品應用

如表3所示，易可安?纖維產(chǎn)品應用十分廣泛，其物理性能、外觀與一般纖維無異，可直接替換現(xiàn)有纖維使用，在生產(chǎn)終端產(chǎn)品時，工藝及生產(chǎn)方法不需要做大幅度的調(diào)整，即可得到可降解的終端產(chǎn)品。

表3 易可安?纖維產(chǎn)品應用分類表

5 結論

進入21世紀，各行各業(yè)乃至世界各國都在討論可持續(xù)性發(fā)展，這其中包括了生物可降解。隨著國內(nèi)禁塑令的實施，各塑料相關制品都將逐漸替換成可降解的材料，如聚乳酸（PLA）及聚己二酸/對苯二甲酸丁二脂（PBAT），因此紡織行業(yè)極有可能接下來要大力發(fā)展生物可降解產(chǎn)品。浙江安順化纖緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢，在過去十年中陸續(xù)推出多種可持續(xù)性產(chǎn)品，由過去的再生滌綸短纖維至如今推出易可安?纖維，由過去3R（再生Recycle、重復使用Reuse、減量Reduce）至如今3R+2R（再造工程Reengineering、易回用材料源頭設計Redesign），這都顯示出浙江安順化纖對于可持續(xù)性纖維產(chǎn)品研發(fā)的重視。

未來浙江安順化纖會將生物可降解、再生的概念兩者結合，研發(fā)出可生物降解的環(huán)保再生纖維材料，希望通過不斷地創(chuàng)新與研發(fā)，為客戶、市場提供最佳的可持續(xù)性產(chǎn)品解決方案，并做最好的行業(yè)服務。