O. Dorn

先進材料開發(fā)中心(AMCC)(德國)

一種堅固而耐用的材料，當(dāng)它到達產(chǎn)品生命周期最后階段時，如何保持生物可降解性？這是德國Peppermint集團先進材料開發(fā)中心(AMCC)的紡織工程師所面臨的挑戰(zhàn)。他們與再回收領(lǐng)域的專家合作，通過生態(tài)夾克(圖1)研究如何將生物聚合物應(yīng)用于未來的紡織產(chǎn)業(yè)，需采用哪些技術(shù)，以及這些材料將以何種方式重新循環(huán)進入自然界。研究的重點是結(jié)合兩個方面：耐久性和可回收性。

圖1 時尚領(lǐng)域的生態(tài)夾克

Peppermint集團已開發(fā)出一種紗線加工工藝，這種工藝不僅吸引了具有時尚和環(huán)保意識的消費者，而且吸引了對“共享經(jīng)濟”感興趣的人。租賃家用紡織品，而不是重復(fù)購買新產(chǎn)品，只有在室內(nèi)裝飾織物在使用數(shù)月后不會磨損才得以實現(xiàn)。這種商業(yè)模式經(jīng)濟可行性的前提是耐用紡織品能夠承受盡可能多的護理周期。這既節(jié)省了原材料，又減少了碳排放。到目前為止，織物的耐久性主要通過將石化基合成纖維與天然纖維材料混紡實現(xiàn)。Peppermint集團目前正嘗試通過使用生物材料來實現(xiàn)同樣的耐久效果。

生物聚合物有助于恢復(fù)碳循環(huán)平衡(圖2)并為化石燃料提供更有前景的未來。生物圈中的植物形成了這些合成材料的基礎(chǔ)，它們通過光合作用吸收二氧化碳。這些被吸收的碳用于制備生物材料，并在使用后再次釋放。將生物材料與一種新型紡紗工藝結(jié)合，制備的創(chuàng)新型原材料，可滿足紡織品租賃行業(yè)的高需求。Peppermint集團的子公司——德國ZKS Zwickauer Kammgarn公司使用其經(jīng)專利授權(quán)的Triwitex紡紗方法，廣泛使用多種不同的材料，紡制這種特殊紗線。與傳統(tǒng)紡紗方法相比，Triwitex紡紗方法顯著改善了所有混紡材料的使用性能。紗線的性能特點取決于細長纖維在紗線中的分布。Triwitex紡紗技術(shù)制備的紗線在針織服裝中的應(yīng)用潛力尤其值得關(guān)注。采用傳統(tǒng)紗線織制的針織服裝容易起球，而采用Triwitex優(yōu)質(zhì)紗線，織制的針織服飾幾乎不會出現(xiàn)起球現(xiàn)象(圖3)。

圖2 生態(tài)夾克的碳循環(huán)示意圖

圖3 傳統(tǒng)紗線和Triwitex紗線制成的織物的起球性能對比

對比兩種紗線的性能可發(fā)現(xiàn)，采用Triwitex紡紗方法將天然纖維與生物聚合物材料混紡，可達到迄今為止只有石化基聚合物才能達到的性能水平。由羊毛和聚丁二酸丁酯(PBS)混紡制成的Triwitex紗線，表現(xiàn)出與相同線密度的聚酯和羊毛混紡紗線相當(dāng)?shù)膹姸?。與傳統(tǒng)紡織材料相比，混紡了生物聚合物后，材料的強度提高了30%。PBS是一種可生物降解的線性脂肪族聚酯纖維，具有非常好的力學(xué)性能。它由1,4-丁二酸和1,4-丁二醇合成而成。這兩種原料都可以通過石油化學(xué)和生物化學(xué)的方法生產(chǎn)。尤其是丁二酸，被美國能源部譽為12種“來自生物質(zhì)的頂尖附加值化學(xué)品”之一。

PBS的纖維形態(tài)也給紡織行業(yè)帶來諸多挑戰(zhàn)。所有的加工工藝都必須適應(yīng)這種前沿材料的特性。德國Peppermint集團先進材料開發(fā)中心(AMCC)的工程師在研究過程中對這種原材料如何用于耐用紡織品進行了測試。研究表明，通過合適的技術(shù)，在迄今為止的典型應(yīng)用領(lǐng)域，生物聚合物為可持續(xù)和綠色紡織品的使用提供了更多可能性。因此，生態(tài)夾克實則展示了一個開始于生產(chǎn)制造，持續(xù)至最后的附加值處理的產(chǎn)品理念。