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  从虾蟹壳到海藻,青岛在海里找纤维
2024-02-22
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  纺织是青岛的传统优势产业,海洋是青岛的最大特色。两者碰撞,能擦出怎样的“火花”?

  青岛大学、明月海藻集团、即发集团、青岛源海新科等青岛高校、企业做出了回答:向海洋要原材料,开发“新纤维”。

  科研人员从实验室基础研究做起,啃硬骨头、坐冷板凳,实现了多项关键技术从“0”到“1”的突破。他们将海藻、虾蟹壳等制成纤维,推动相关技术成果成功应用于日用生活品、服装、高端设备等,开拓了纤维的“第三来源”,为我国建设“海上棉仓”提供了可能。

  从虾蟹壳到海藻,青岛在海里找纤维

  纤维是日常生产、生活中必不可少的原料,主要有两大类,一类是棉麻毛丝等天然纤维,一类是以石油、煤炭等为原料加工而成的合成纤维。两类纤维均有一定的局限性,棉麻毛丝等主要来源于地表,需要占用大量农田,产量有限。合成纤维需要消耗石油、煤炭等一次性能源,从采油、采煤到炼制,再到形成最终纤维产品,加工过程复杂,极易造成污染。同时,合成纤维制品舒适性相对较差,对环境也不友好,无害化处理难度大。

  海洋是拥有丰富资源的“聚宝盆”,能不能向海洋要纤维?青岛高校、企业科研人员开启了自己的探索。他们以海洋广泛存在的海藻、虾蟹壳等为研究对象,开拓纤维的“第三来源”。

  早在2000年左右,即发集团就将目光锁定在了虾、蟹等海洋生物甲壳上面。从零散的研发到系统的推进,经过几年努力,他们研发出“海洋生物甲壳质纤维”。该纤维成为第一个从自然界中提炼并研发成功的抗菌防臭功能纤维,获得国家科技进步奖二等奖。此后,即发集团在甲壳质纤维的研发上持续发力,2010年完成了科技部国家科技支撑计划项目——甲壳素纤维纺织材料加工技术课题;2012年研发的“高吸液型壳聚糖纤维及医用纤维”经专家鉴定,项目总体技术上达到国际先进水平,其中产品质量达到国际领先水平。“目前,我们在甲壳素纤维领域获得了6项国家发明专利、2项国外PCT专利。”即发集团新材料研发工程师衣宏君介绍。

  对海藻纤维的研究,国外开始于上世纪40年代,但没有取得实质性突破。2004年,青岛大学海洋纤维新材料研究院院长、省部共建国家重点实验室主任夏延致团队开始了利用海藻资源制取纤维的大胆尝试。他们惊喜地发现,海藻纤维是一种天然的阻燃材料。此外,它还具有抑菌防霉、环保无毒、可降解、舒适性好等优点。比如在抑菌方面,海藻纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99%;在舒适性方面,优于棉,可与羊绒和丝绸媲美。

  同时,海藻纤维的原材料海带比较容易获得,一亩海田可产5-10吨淡干海带,能够提取出约1-2吨纤维级海藻酸钠,而99%的纤维级海藻酸钠可加工成海藻纤维,几乎没有副产品。照此计算,一亩海田能制造出的海藻纤维产量大概是一亩棉花的纤维产量的5倍以上。于是,夏延致团队开始在海藻纤维领域持续发力。

  打通全产业链,建设“海上棉仓”

  以海藻纤维为代表的海洋类纤维天然优势明显,却也存在不耐洗涤、强度差、染色难等痛点问题,这阻碍了海藻纤维在纺织领域的大规模产业化应用。

  “我们能不能突破关键技术,将海藻纤维做成纺织用纤维?”夏延致在和团队成员讨论时,提出了建设“海上棉仓”的设想。他带领团队扑下身子、一步一个脚印,在实验室里反复实验、反复研究,寻求关键技术从“0”到“1”的突破。

  2023年,国家知识产权局发布第二十四届中国专利奖获奖名单,夏延致团队申报的“一种耐盐、耐洗涤剂海藻纤维的制备方法”项目获中国专利银奖,解决了海藻纤维及其纺织品不可洗涤的技术难题,将海藻纤维的可洗涤时间从几分钟提高到了70多个小时,为海藻纤维在纺织服装等领域的大规模应用奠定了基础。

  将海藻纤维强度提升到棉花的1.2倍到1.5倍、研发出海藻纤维染色关键技术、研发出吸水倍率最高为自身重量200倍的高吸水海藻纤维……20年的研究“冷板凳”换来了一项又一项技术突破,多年的技术攻关让夏延致团队成为海藻纤维领域的全球领跑者。2023年,在中国纺织工业联合会举行的鉴定会上,夏延致牵头完成的“千吨级纺织用海藻纤维产业化成套技术及装备”项目获得与会专家“国际领先”的评价。

  值得一提的是,夏延致团队将技术研发与产业化应用同步推进。“我们已经掌握了纺织用海藻纤维领域的全套理论成果,研发出了耐洗涤、可染色、强度高的生产技术工艺装备,打通了上游利用海带等制造纤维级海藻纤维原材料,中游海藻纤维生产、开发,下游利用海藻纤维制作各类纺织品的全产业链。”夏延致介绍。而从全球来看,尚没有科研机构、企业能够做到这一点。

  2019年,由青岛大学、青岛秉金资本公司等共同组建的青岛源海新材料科技有限公司(以下简称“源海新科”)自主建成了世界上唯一一条具有天然阻燃抑菌功能的纺织服装用海藻纤维产业化生产线,并于2023年7月通过科技成果鉴定。这条生产线的年产能可达5000吨,是目前世界上海藻纤维年产能最大的生产线。

  突破一项项技术,应用更加广泛

  科技成果从“纸面”落到“地面”,才能迸发出更多活力,真正为人类生产生活服务。随着一项项技术突破,来自海洋的纤维应用范围也越来越广。

  即发集团已经利用甲壳素纤维开发出了壳聚糖针刺无纺布、水刺无纺布、热风无纺布、纤维混纺纱线、面料、纺织品、面膜等系列产品。部分产品尤其是医用敷料产品已出口到了欧盟、东南亚、美国、日本等国家和地区。“目前甲壳素纤维主要作为功能性材料应用,比如用来制造疏水或亲水的医用敷料。集团年用量大概在100吨左右。”衣宏君告诉记者。

  在明月海藻集团,海藻纤维已用来制作医用疤痕贴、藻酸盐创可贴、面膜布、X-光医用显影线、凝胶膜布等系列产品。“海藻酸盐纤维制成的非织造布在医用敷料领域得到广泛应用,与传统棉纱布相比,海藻酸盐敷料的吸湿性高、止血性能好,并能在伤口表面形成一层水凝胶,既能给伤口提供一个良好的愈合环境,又能在伤口愈合后无疼痛地去除,具有促进伤口愈合的独特性能。”该集团相关负责人介绍。

  2023年11月,大湾区国际纺织纱线博览会在深圳举行。源海新科展台前热闹非凡,前来咨询、洽谈合作的面料、纺织服装企业络绎不绝。“我们展出了30多个海藻纤维产品。”源海新科投资人兼董事王海宁介绍,目前该公司生产的海藻纤维不仅可以用在卫生护理、纺织服装等领域,还可以用于阻燃工程、生物医用等领域。

  不过,目前纺织级海藻纤维整体销售量仍然较小,尚没有形成规模效应。“2023年海藻纤维的销量大约在100吨左右,基本上可以实现盈亏平衡。”夏延致认为目前海藻纤维正处于“蓄势待发”阶段,今后随着广泛应用,海藻纤维产量将持续提升,产业盈利能力也会大幅度提升。

  (来源:青岛日报)

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