生物基纤维在非织造材料中的应用

近年来，生物基纤维在非织造材料中得到日益广泛的应用，根据原料的来源和生产过程，可将其分为四大类，表 1为该类纤维在非织造材料中的主要应用情况。

表 1 生物基纤维分类及其非织造材料

1  再生纤维素纤维及其非织造材料

再生纤维素纤维通过针刺、水刺、热粘合等方式可以制成非织造材料，用于个人卫生护理、过滤等领域。粘胶纤维具有良好的吸湿性、柔软性和缠结性能，用途广泛，但湿强低，故常与其它纤维混合制作非织造材料。通过水刺工艺，将其与木浆纤维混合可制成可冲散湿巾，与其它化纤混合可制成面膜基布、汽车内饰等。此外，也可通过针刺工艺将粘胶纤维制成过滤材料，如将其与壳聚糖一道混合，制备的材料具有抗菌性能，是性能优良的敷料材料；将其与麻纤维和PA6纳米纤维混合制备的多层非织造材料，较一般过滤材料具有更好的吸油过滤性能。

Lyocell纤维具有良好的吸湿透气性，可以通过水刺、针刺、熔喷等工艺来制备非织造材料，用作过滤材料、面膜基材、生物组织工程材料等。如将Lyocell纤维与粘胶纤维混合通过针刺工艺制备的过滤材料，比纯粘胶纤维制备的材料吸附性能更好，比表面积更大。日本专利（专利号JP 2014073432-A）公开了一种过滤材料的制备方法，将原纤化Lyocell纤维制成的纤网与直径为 1 ～ 8 μm的化纤短纤制成的纤网进行复合，通过热粘合工艺可制成非织造过滤材料；专利US 2013269294 A1公开了一种通过纳米Lyocell纤维、超细纤维和热熔纤维制备的多层非织造材料，纳米级的Lyocell作为材料的顶层，含量为总克重的40％ ～ 80％，超细短纤作为材料的基层，含量为20％左右，可以选用聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚氨酯纤维等，材料的克重为65 ～ 113 g/m²，这种材料可以用于消毒材料、包装袋的制备。

虽然粘胶纤维和Lyocell纤维具有良好的物理性能，制成的水刺非织造材料对人体而言具有很好的舒适性，但其产品的用途比较单一，不够多样化。要使其应用领域更广泛，应进一步探索其加工方式，使产品更加多样化。

2  再生蛋白纤维及其非织造材料

再生蛋白纤维因为受到机械性能的限制，所以只能通过水刺、针刺等工艺制备非织造材料，制备的材料具有良好的亲肤性和舒适性，与人体相容性较好，可用于卫生护理领域、生物工程领域等。

胶原蛋白纤维不仅可以制备水刺非织造材料，还可以通过针刺工艺来制备软骨组织。但胶原针刺材料的力学性能较低，因此其制成的软骨组织的机械性能也处于较低水平。此外，也可以通过静电纺丝来制备胶原纳米纤维，用于制备生物支架材料，其突出优点是在加强材料生化性能的同时不损坏其机械力学性能。

采用湿法纺丝得到再生蛋白纤维大概需要60 h，生产线太长，能源消耗大，且生产过程中需要的化学试剂很多，对环境的污染比较大。此外，得到的纤维强力也较低，不利于生产加工，需经过后处理才可应用于纺织领域。因此，进一步研究生产过程更环保、更节能的再生蛋白纤维是突破点。专利US 20130256942 A1中介绍了一种更加节能、环保的生产牛奶蛋白复合纤维的方法。该专利采用熔融纺丝工艺，用一种塑化剂将从牛奶中提取出来的蛋白质增塑在一起，温度在室温至140 ℃之间，然后在一定的压力下挤出成形得到牛奶蛋白复合纤维，塑化剂可以是水、甘油、多糖类物质等。

3  生物基合成纤维及其非织造材料

PLA纤维具有良好的生物相容性和生物降解性，可采用干法、纺粘法、熔喷法成网，之后通过针刺、热粘合的方法加固形成非织造材料，用于医疗、包装材料、过滤材料、农用材料等领域。

将PLA和亚麻纤维混合，采用气流成网、热轧工艺制备非织造材料，产品不仅具有良好的生物降解性，而且具备一定的物理机械性能，可用于包装材料等。PLA虽然具有良好的生物相容性和降解性，但不具有抗菌性，这也限制了其应用。如将制备的熔喷PLA材料用卤胺化合物进行抗菌整理，则其材料可用来制作医疗卫生用品、过滤材料等。

PLA具有优良的生物降解性能，因此也可用于农作物的覆盖膜。目前已有研究团队制备出了一种PLA/PHA的复合非织造材料，通过对其进行风化模拟测试，确定此种材料可用作多季节的生物堆肥覆盖材料，是替代传统农业覆盖物的良好选择。

此外，将静电纺制得的PLA纳米纤维分别直接复合在水刺非织造材料和熔喷非织造材料上，制成PLA纳米纤维非织造复合材料，材料的过滤性能将大幅度提高；将熔喷PLA非织造材料进行驻极处理后，材料的过滤性能也可显著提高，但过滤阻力不会发生太大变化。有研究者指出，单一的PLA熔喷非织造过滤材料虽然具有较高的强力，但是灵活性较差，如果使用PLA/PCL复合熔喷非织造材料，则可在保持过滤效果和强力的同时，灵活性也会增强。

PLA非织造材料虽具有良好的生物降解性能和生物相容性，但其生产过程并不是完全绿色的，而且由于受到本身物理性能的限制其非织造材料的应用领域有限，今后可进一步优化PLA纤维的生产工艺，使其更加绿色化；也可进一步改善PLA的性能，使其制备的材料应用领域更加广阔。

4  海洋生物基纤维及其非织造材料

海洋生物基纤维指纤维原料来自于海洋中的动植物，如藻类，虾、蟹的外壳等。这类纤维一般具有良好的物理化学性能、生物相容性、抗菌性等，可通过针刺工艺制备非织造材料，一般用于医用敷料领域；通过水刺非织造工艺制备的非织造材料，一般用于个人卫生材料，如面膜、纸尿裤等；通过静电纺丝纺成微纳米纤维可用于生物组织工程材料的开发。

4.1  海藻酸纤维

海藻纤维常采用海藻酸盐与非海藻酸高聚物（如纤维素）共混纺丝制得，在医疗领域具有很好的应用。如将壳聚糖作为混凝剂制备的海藻纤维可进一步制备成医用敷料，不仅提高了敷料的强力，也提高了其吸收性能。除了制作敷料，海藻纤维还可作为口罩、组织工程复合支架等的材料。

海藻纤维非织造材料虽用途较多，但由于海藻酸盐水溶液太粘稠，即使是在凝胶浓度以下，聚合物链的缺陷以及分子间的斥力也会阻碍纤维链的形成，使海藻纤维的加工有一定的困难。已有文献提出了一种新型的纺丝方法，用微流控的方法可以持续生产出具有沟槽的海藻酸长丝，该方法成本低，操作简单，生产的纤维同样具有良好的生物相容性，可以用于细胞支架材料的制备。

4.2  壳聚糖纤维

壳聚糖纤维具有良好的抗菌性、可降解性和生物相容性，一般采用针刺工艺制成非织造材料，可用于生物组织、过滤材料中。

壳聚糖纤维可以促进纤维原细胞的快速增殖、胶原蛋白的合成及血管化，因此采用针刺工艺制备的壳聚糖材料主要用于医用敷料领域，且其成本较低、生产速度较快。该纤维还可以用于制备过滤材料，采用湿法成网工艺制备的过滤介质具有较好的过滤效果，可用于替代废水废油的过滤材料。通过静电纺制得的壳聚糖纤维由于具有良好的吸附性能，可进一步制成非织造材料，具有优良的过滤效果。如将静电纺制得的纳米壳聚糖/PEO纤维与PP纺粘材料相复合，制得的材料可用于液体或空气过滤。

壳聚糖纤维虽具有多种良好的性能，但制备过程中仍存在一些技术瓶颈，如脱乙酰度提高困难，制备高纯度的壳聚糖受限；壳聚糖纤维水溶性不好，短期内难以实现快速抑菌；混合、开松、梳理成网困难，制备纤网受限等。如能解决这些问题，其应用领域可进一步拓宽。目前已有团队研究改善其水溶性的方法，且制备出的琥珀酰壳聚糖是一种水溶性壳聚糖，性能更佳，具有良好的水溶性，可用于制备泡沫敷料等。

海洋生物基纤维虽然原料来源广泛，具有良好的生物相容性和可降解性，但其本身的一些性能特点也限制了其发展。如海藻酸纤维的水凝胶性能太好，导致纤维制备有一定难度；壳聚糖纤维抑菌性优良，因此大多只能用于制备医疗产品。此外，适合的工艺方法也较单一，产品的适用领域也较窄，这也成为了其今后其研究的方向。