生物基化学纤维作为有望缓解资源危机和环境污染的新材料，其原料来源于植物和微生物代谢有机体，是我国新兴战略材料领域重要组成部分，也是建设化学纤维强国的重要支撑。国家大力推动生物基化学纤维的发展是践行新发展理念、“两山”理念与产业实践的结合，体现了纺织化学纤维行业的可再生自然资源综合利用与现代纤维加工技术的完美融合。1 我国生物基化学纤维产业化情况“十三五”期间，我国生物基化学纤维产业规模持续增长，显示出强有力的发展势头。2019年生物基化学纤维总产能达57.98万t，较2015年的19.55万t增长196.57%，年均增长31.23%。2019年生物基化学纤维总产量达15.57万t，比2015年的7.91万t增长96.84%，年均增长18.45%。生物基合成纤维、新型生物基纤维素纤维、海洋生物基纤维都实现了规模生产，且应用技术逐渐成熟，应用领域不断拓宽。1.1　新型纤维素纤维1.1.1　新溶剂法再生纤维素纤维新溶剂法再生纤维素纤维又称莱赛尔纤维。当前，莱赛尔纤维已成为行业投资的热点，产能由2015年的3.6万t增长到2019年的13.85万t，增长284.72%，年均增长40.05%；产量由2015年的0.9万t增长到2019年的4.3万t，增长377.78%，年均增长101.03%。目前在建产能43万t，未来规划产能300余万t。1.1.2　新资源再生纤维素纤维近几年我国相继研发出以竹、芦苇、秸秆、麻秆、甘蔗渣等为原料的新资源纤维素纤维。其中，最为成熟的是竹浆再生纤维素纤维和麻浆再生纤维素纤维，很大程度缓解了木浆原料需求不断增长带来的问题［1⁃2］。2019年我国竹浆纤维产能达到18.5万t，比2015年的6.5万t增长184.62%，年均增长29.89%；产量由2015年的3.5万t增长到2019年的4.82万t，增长37.71%，年均增长8.33%。1.2　生物基合成纤维1.2.1　聚乳酸（PLA）纤维在全球禁塑限塑的推动下，PLA纤维成为投资热点［3］。2019年PLA纤维产能达到4.1万t，比2015年的1.6万t增长156.25%，年均增长26.52%。受原料制约，2019年产量0.22万t，比2015年的0.15万t增长46.67%，年均增长10.05%。目前企业在建PLA项目58万t，规划项目100余万t。未来PLA原料国产化将会带动PLA纤维的快速增长。1.2.2　聚对苯二甲酸1,3⁃丙二醇酯（PTT）纤维PTT纤维是以生物基1，3⁃丙二醇与对苯二甲酸（PTA）聚合，再经过熔融纺丝技术而制成的一种含有生物基成分的合成纤维［4］。2019年国内PTT纤维总产能达12万t，比2015年的4.3万t增长179.07%，年均增长29.25%。2019年产量5万t，比2015年的3万t增长66.67%，年均增长13.62%。PTT纤维国产化产品品质持续提升，应用领域不断拓展，已形成品牌效应。1.2.3　生物基聚酰胺56（PA56）纤维PA56纤维是采用生物法戊二胺与己二酸为原料合成的新型生物基聚酰胺纤维，聚合物单体少，不需要萃取，可采用熔体直纺技术制备纤维［5］。2019年国内已建成年产5万t的PA56纤维生产能力，但没有实际产量，只有少量的试验样品。2015年上海凯赛生物科技有限公司在山东金乡建成0.1万t中试聚合装置，2019年在新疆建成了每年5万t的1，5⁃戊二胺、10万t的生物基聚酰胺生产线、3万t的PA56短纤维生产线。优纤科技（丹东）有限公司已建成了每年2万t的PA56纺丝生产线。2020年山西重点推进百亿项目，建设50万t戊二胺、100万t生物基聚酰胺。1.2.4　其他生物基合成纤维近几年，通过共混改性技术，经过熔融纺丝制备了聚羟基丁酸羟基戊酸酯/聚乳酸（PHBV/ PLA）共混纤维。宁波禾素纤维有限公司与中国科学院宁波材料技术与工程研究所、香港理工大学就PHBV/PLA复合纤维进行产业化技术及应用突破，纤维每年产能在1 200 t。脂肪族可降解聚酯（PBS）纤维在喷熔、静电纺丝等领域已实现产业化。近几年，对PBS共聚改性制备聚对苯二甲酸⁃共⁃丁二酸丁二醇酯（PBST）与PLA共混，经熔喷工艺制备非织造布材料。早些年，大成集团针对植物基乙二醇与福建海天集团有限公司、宏远兴业股份有限公司开展合作开发PDT纤维材料［6］。生物基PEF纤维的原料提取技术已实现突破，但聚合物颜色问题未解决，依然处于基础研究阶段。PEF具有很好的阻隔性能和热性能，高温下不易变形，在塑料领域可以用来装油、醋、热水、碳酸饮料等。1.3　海洋生物基纤维当前，属于海洋生物基纤维的海藻纤维和壳聚糖纤维已经实现规模化制备。壳聚糖纤维向高质化发展，由卫材用向医疗级应用领域不断拓宽，2015年产能2 500 t，到2019年没有新增产能。海斯摩尔生物科技有限公司于2012年建成了2 000 t的纯壳聚糖纤维生产线，重点发展方向集中在提高品质和推广应用方面。2015年产量500 t，2019年达1 000 t，增长100%，年均增长18.92%，主要以制品形式销售。我国海藻纤维生产采用自主知识产权和自行设计的产业化生产线，青岛源海新材料有限公司（青岛大学）2012年建成了年产800 t的全自动化柔性生产线，2018年建成了年产5 000 t的海藻纤维产业化生产线。2019年国内总产能达到5 800 t，比2015年的2 000 t增长190%，年均增长30.50%。2015年产量500 t，2019年达1 300 t，增长160%，年均增长26.98%。1.4　生物蛋白质改性纤维我国生物蛋白改性纤维起步于20世纪末，上海正家牛奶丝科技有限公司以聚丙烯腈为单体通过化学接枝改性技术开发出牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维，产能每年在1 000 t［7］。浚县官奇大豆蛋白绒纤维有限公司以大豆蛋白与PVA、PAN（主要是PVA）共混制备大豆蛋白改性纤维，产能每年在500 t。四川宜宾丝丽雅股份有限公司以蚕蛹蛋白提纯配置成溶液按比例与粘胶共混，经湿法纺丝形成具有皮芯结构的纤维。恒天海龙潍坊新材料有限公司以羊毛废料为原料提取有效蛋白成分对纤维素粘胶原液改性，经湿法纺丝及喷丝组件结构设计，制备“C”形中空羊毛蛋白复合再生纤维素纤维，产品具有吸湿发热、抑菌等特点，产能每年在1 000 t。2 “十三五”生物基化学纤维发展特点2.1　行业技术进步明显“十三五”期间，我国生物基化学纤维及原料的技术突破与技术创新工作取得了较大的进步。生物基纤维素纤维绿色制造技术取得重大突破，莱赛尔短纤维高效低耗成套制备技术实现了国产化，建成国内首条单线年产3万t莱赛尔纤维示范线，纤维性能优良，应用技术成熟。国内已建成单线年产能6万t莱赛尔短纤维生产线，生产运行稳定；莱赛尔纤维用NMMO溶剂取得突破性进展，国产化NMMO溶剂已应用于生产；莱赛尔长丝技术实现百吨级规模，产品已实现第三代升级；离子液体溶剂法（ILS法）、氨基甲酸酯法（CC法）纤维素纤维绿色制造技术突破了核心关键技术，实现了中试生产。生物基合成纤维技术进步明显，主要品种实现了产业化。PLA纤维聚合纺丝技术进一步成熟，安徽丰原集团建成了万吨级高光纯乳酸⁃丙交酯⁃PLA产业化生产线；生物基PA56纤维突破了生物法戊二胺技术瓶颈，建成了5万吨级戊二胺、10万吨级PA56聚合生产线，万吨级PA56纤维生产线。海洋生物基纤维的生产及应用技术进一步提升。海藻纤维的物理性能达到了服用纤维要求，建成了5 000 t产业化生产线；纯壳聚糖纤维产业化向上游拓展原料来源，实现原料多元化、国产化，纤维向高质化发展，应用于医用敷料、战创急救、修复膜材、药物载体、组织器官等多领域。依靠自主创新，生物基纤维及原料多项技术取得突破，为产业化的顺利实现打下坚实基础。生物基化学纤维及原料多项技术取得国家科技进步奖等荣誉。2.2　标准体系继续完善“十三五”期间，生物基化学纤维及原料标准工作进程加快。截至2019年，行业共发布实施标准26项，按照标准种类划分，包括GB/T 38135—2019《医用壳聚糖短纤维》国家标准1项、FZ/T 54108—2018《聚乳酸单丝》等行业标准21项、T/CCFA 01017—2016《纤维用褐藻酸钠》等团体标准4项；按技术标准划分，包括T/CCFA 01026—2016《交联莱赛尔短纤维》等产品标准24项目，FZ/T 50037—2017《壳聚糖纤维脱乙酰度试验方法》、FZ/T 50018—2013《蛋白粘胶纤维蛋白质含量试验方法》方法标准2项。生物基化学纤维属于战略性新兴产业，但处于起步和发展阶段，多数产品尚未制定标准，需积极引导加快生物基纤维及其制品的产品标准、检测方法、应用规范等相关标准的建立，使其在生产、销售和检测时有据可循，提高产品的竞争力。针对莱赛尔纤维的快速发展，制定了FZ/T 52019—2018《莱赛尔短纤维》产品行业标准、T/CCFA 01026—2016《交联莱赛尔短纤维》产品团体标准。差别化及莱赛尔浆粕原料标准已经提出制定，用标准引导莱赛尔纤维产业的健康发展。PLA纤维处于起步阶段，针对PLA纤维的应用开发，制定了T/CCFA 01024—2016《聚乳酸低弹丝》、FZ/T 54098—2017《聚乳酸牵伸丝》产品标准。针对壳聚糖纤维在医卫领域的应用，制定了GB/T 38135—2019《医用壳聚糖纤维》国家标准，对壳聚糖纤维在医疗领域标准化应用起到引导和规范作用。2018年由中国化学纤维工业协会牵头成立生物基化学纤维分技术委员会，对激发标准化工作活力，组织结构的创新与完善，发挥标准的基础支撑起到了积极作用。2.3　应用领域细分化随着人们生活水平的逐渐提升，对绿色可持续理念的深入理解，消费观念的转变，人们对生活环境和自身健康日益关注，对“绿色文化”越来越重视，绿色消费已成为时尚。生物基化学纤维的应用定位逐渐明晰。在民用卫材领域，壳聚糖纤维、PLA纤维、莱赛尔纤维、海藻纤维已经用于面膜、尿不湿、妇女卫生巾等一次性可吸收型卫生材料；在医用卫材领域中，海藻纤维和壳聚糖纤维以其天然抑菌和亲肤特点，在医疗绷带、敷料、止血棉等方面得到广泛应用；在民用服装领域，莱赛尔纤维、生物基PTT纤维及PTT/PET纤维双组分复合纤维具有亲肤、舒适等出色性能，在女装、休闲服、运动服领域得到广泛应用。PLA纤维具有亲肤抑菌和生物可降解性能，在床品、袜类、衬衫、内衣、校服、玩具填充等方面获得应用。PHBV/PLA纤维抑菌性能优异，PHBV热降解所产生的PHB抑菌率达99%以上，并有良好的抗病毒效果，在产品品质稳定提升基础上，实现在口罩、袜类、内衣、内裤等领域的应用。生物基蛋白复合纤维，含有多种氨基酸，细柔亲肤、透气、导湿性好，在服装、家用高档纺织品领域形成品牌效应。在军民两用领域，PA56纤维以其较好的力学性能和染色性能，以及一定的本质阻燃性，在军服装备方面得到开发，应用前景广阔。3 生物基化学纤维发展存在的问题3.1　关键单体和原料尚未解决关键单体和原料是制约我国生物基化学纤维产业化进程的重要因素。近几年在绿色可持续发展战略的引导下，生物基化学纤维的受众比例逐年提升，但关键单体和原料及溶剂等方面较国外存在一定的差距，供应体系不够完善。如莱赛尔纤维的专用浆粕和NMMO溶剂依赖进口，国内处于产业化突破阶段；PLA纤维关键原料丙交酯受国外垄断制约，国产丙交酯处于产业化突破阶段，总体纯度较低，游离酸较高，制成的PLA切片指标与进口切片相比，残单含量略高；生物基PA56关键原料生物基1，5⁃戊二胺需要进一步解决菌株构建和发酵条件的优化，纤维级聚合树脂品质尚须提升；高效低成本秸秆预处理及生物法乙二醇高效转化、提纯技术处于工程化阶段。3.2　关键技术和装备仍有差距生物基化学纤维从原料制备到产品生产过程工艺流程长、关键环节多、技术难度大，跨学科交叉，技术转化瓶颈较多，没有通用的技术与装备，整个环节需重点针对原料单体来源、制备、提纯和合成工艺进行开发。因此，各企业都针对性地开展了工艺技术、装备的自主研发工作。如莱赛尔纤维生产设备中自主研发的关键设备大容量反应釜及薄膜蒸发器设计制作能力不足、高效低耗的NMMO溶剂净化浓缩技术、低浓度溶剂深度处理技术以及溶剂净化废水生化处理技术亟待提升；PLA纤维需进一步攻克高光纯乳酸的无固废制备技术、丙交酯产业化技术等。PTT纤维原料PDO（1，3⁃丙二醇）精制工艺环节还需继续优化，提高转化率，产品质量还需提升，其副产物BDO（2，3⁃丁二醇）的量较大，而BDO的市场尚未打开，尚未能实现高附加值利用；1，5⁃戊二胺生产技术处于产业化起步阶段，一步法戊二胺生产技术尚未突破，PA56大容量连续聚合及熔体直纺装备关键技术尚未突破。海藻纤维生产采用自主知识产权和自行设计的产业化成套技术及装备，技术尚需进一步优化提升。3.3　多数品种的产能规模偏小在生物基化学纤维中，实现万吨级规模化以上生产的品种占比27.7%，多数品种产能规模偏小，其主要在于技术壁垒、单体原料、价格竞争等因素制约其规模化生产。如莱赛尔纤维发展较快，但是单线产能都是1.5万t或3万t的配置，生产效率较低，种类规格相对较少，2019年莱赛尔纤维总产能达13.85万t，实际产量4.3万t；PLA纤维最大规模为万吨级，实际产量都不足万吨，2019年PLA纤维总产能4.1万t，由于原料尚未解决，实际产量只有0.22万t；PTT纤维产业化技术成熟，2019年产能达12万t，由于市场原因，实际产量只有5万t左右；PA56纤维已建成年产5万t纤维生产能力，处于调试阶段，还未形成实际产量；海藻纤维、壳聚糖纤维企业多为百吨级或千吨级企业，海藻纤维产能0.58万t，实际产量0.13万t。壳聚糖纤维产能0.25万t，实际产量0.1万t。由于企业规模小，多数为中小型科技企业或民营企业，缺乏足够的技术储备及资金，抗风险能力差，生产成本高，产品市场竞争力不强，应用开拓能力弱，从而制约了产业的良性发展。3.4　产品成本偏高，竞争力不强目前生物基化学纤维原料及产品相对石油基纤维成本较高。PLA纤维、国内丙交酯产业化制备技术尚未突破，因此多数企业的丙交酯原料和PLA切片依靠进口，制造成本高于聚酯纤维；莱赛尔纤维，国产化技术日趋成熟，单线产能逐年提升，虽纤维干湿强度较粘胶短纤维优异，但因单线产能小（粘胶纤维单线产能已达每年16万t），制造成本和投资成本均高于粘胶法纤维素纤维（粘胶法纤维素纤维万吨投资0.9亿元~1亿元，莱赛尔纤维的万吨投资2.5亿元~3亿元），在常规粘胶服用领域替代力度不足。另外，国外莱赛尔纤维企业因发展起步早，技术成熟度高，单线产能大（兰精莱赛尔每年达6.7万t），产品品种丰富，占据市场定价话语权，对国内莱赛尔纤维生产企业影响较大。因此降成本、提品质是我国生物基化学纤维产业化面临的新挑战。3.5　品牌标准等软实力尚需加强“十三五”期间，生物基化学纤维及原料取得快速发展，但从产品本身上还不足以形成明显的竞争局面，品牌建设等软实力仍需加强。生物基化学纤维及其原料属于新材料产业，是战略性新兴生物基材料产业，企业的品牌文化积淀不够，多数产品延用的是化学名称，如PLA纤维、PTT纤维、PA56纤维等，没有形成自己的商品名或商标，更没有像“SORONA”“天丝”“莫代尔”等国际著名商标名。因此，我国生物基化学纤维企业亟待加强品牌建设，增强商标品牌和知识产权意识，从而提升企业的软实力。近年来，企业逐渐重视品牌建设和宣传推广，重视知识产权保护。积极参与中国纤维流行趋势发布、树立企业形象、展示新产品，或以联盟形式开展品牌推广活动，或借助展会举办品牌发布会等工作，取得了一定效果，但还需进一步加强。我国生物基化学纤维起步较晚，多数产品尚未建立标准，如生物基聚酰胺5X系列产品是我国自主研发产品，填补了国内外产业空白，是纤维材料市场的新兴产品，制定相关标准亟需落实，相关标准的制定实施可有效提高产品质量、增强产品的市场竞争力。4 生物基化学纤维发展措施4.1　突破生物基单体和原料的关键制备技术开发新型天然植物资源三素（纤维素、半纤维素、木质素）分离技术；优化新溶剂法纤维素纤维浆粕预处理、纤维素溶解、纺丝工艺技术，攻克国产化NMMO溶剂规模化制备技术；利用我国竹、麻、秸秆资源优势，开发竹、麻、芦苇、秸秆、甘蔗渣等新原料基差别化莱赛尔纤维及通用纤维素纤维制备技术；攻克高光纯乳酸、丙交酯、1，5⁃戊二胺、1，3⁃丙二醇、2，5⁃呋喃二甲酸等重要原料国产化低成本制备技术；攻克L/D乳酸立构复合技术，提高PLA纤维的耐热性、染色性和手感，提升PLA纤维的物理性能，拓展应用领域；突破5万吨级1，5⁃戊二胺一步法高效制备技术，满足生物基PA5X纤维规模化产业化需求；大力推进生物基PTT纤维熔体直纺技术，实现规模化、低成本化生产。有序推进离子液法、氨基甲酸酯法（CC法）、TBAH/DMSO混合溶剂法纤维素纤维新技术。大力开发国产虾、蟹壳，野生海藻、养殖海藻，实现海洋生物基纤维原料多元化，攻克壳聚糖纤维、海藻纤维纺丝原液制备及清洁纺丝技术，提升服用纤维性能，扩大应用领域。4.2　推动生物基化学纤维制备关键装备国产化重点攻克莱赛尔的国产化成套装备制备。优化浆粕预处理系统、活化反应器、溶剂回收高效蒸发系统（每年大于3万t）、宽幅低速莱赛尔纤维精炼装备技术，开发大容量莱赛尔纤维反应釜及薄膜蒸发器、多孔（7 500孔以上）大容量纺丝组件及配套技术、单线纺丝能力每年6万t~10万t新溶剂法纤维素纤维成套装备；突破莱赛尔长丝高效低成本制备及应用产业化技术，建设万吨级产业化生产线，实现规模化生产；攻克高强高模纤维素工业长丝的清洁生产新工艺及产业化关键技术和设备开发；重点攻克10万吨级L⁃乳酸→丙交酯→聚合→PLA（含熔体直纺）纤维规模化高效制备技术和设备国产化；攻克PA56的10万吨级高效大容量连续聚合、熔体直纺技术及成套装备，实现PA56纤维高性能、低成本化生产。4.3　推动重点品种的规模化低成本生产加快推动重点品种产业化和规模化应用，通过重点领域应用示范推动重点生物基纤维品种发展。突破替代石油资源的生物基原料和生物基纤维绿色加工工艺、装备集成化技术，实现产业化、规模化、低成本生产。推动重点品种竹浆纤维、莱赛尔纤维、PLA（含PHBV/PLA）纤维、PTT（含PTT/PET）纤维、PA56纤维的规模化制备和自主技术水平提升，突破生物基差别化纤维柔性化制备及产业化技术，实现低成本生产；攻克国产藻类、虾蟹为原料的海洋生物基纤维规模化生产技术。4.4　推进生物基化学纤维的应用开发根据不同纤维品种的性能、特点，重点拓展新型纤维素纤维在高端服装、时装、家纺、产业用等领域应用；重点拓展PLA纤维在床品、填充、内衣、袜类、卫材领域的应用；重点拓展PTT纤维在地毯、时装领域的应用；重点拓展PA56纤维在军服被装领域的应用；重点拓展海藻纤维、壳聚糖纤维在医疗卫生、医用敷料、口罩、防护服、消防服等领域的应用。在高品质功能纤维、高端产业用纺织品的重点领域和重点品种上形成具有国际竞争力的骨干企业，拓展生物基化学纤维在高端纺织、医用材料、卫生防护、航天军工等细分领域应用，提升产品的市场潜力和附加值。4.5　推进品牌与人才等软实力建设重视智力资源的引进和各类创新人才的培养，充分发挥与生物产业相关科研院所和高等院校的智力和技术优势为产业发展所用。企业与高校共同设立攻关课题，加大研发投入，强化知识产权保护，实现创新驱动，增强产业软实力。建设布局合理、充满活力的产业技术创新体系，形成具有自主知识产权的创新成果，形成科技成果高效率转化机制，加大培育产品创新力度，提高产品经济竞争力，走高质化与品牌化一体的道路。把握生物基化学纤维定位及发展重点，加强产业链和人才链的连接，以人才、品牌为核心，打造生物基化学纤维及原料的创新优势、产业优势和发展优势。5 生物基化学纤维中长期展望以“科技，绿色，时尚”为主基调，推动生物基化学纤维产业发展，提高我国生物基化学纤维产业的整体规模，为绿色纺织做贡献。根据我国“十四五”生物基化学纤维及原料发展规划研究，到2025年生物基化学纤维总产能将达到300万t。其中高品质生物基化学纤维产量200万t，包括生物基新型纤维素纤维产能190万t、产量130万t；生物基合成纤维产能80万t、产量50万t；海洋生物基纤维产能6万t、产量4万t；生物基蛋白复合纤维产能24万t、产量16万t。化学纤维原料替代率为3.5%，较“十三五”末提高1.4个百分点。到2030年，生物基化学纤维总产能将达到450万t左右，其中莱赛尔纤维规模化制备技术达到国际先进水平，总产能达300万t，包括实现纤维素绿色制浆新技术及TBAH（四丁基氢氧化铵）、离子液体系等新溶剂纺丝产业化；建立10万吨级PTT纤维产业化生产线，总产能达到100万t；建立10万吨级生物基聚酰胺纤维生产线，实现差别化生物基聚酰胺纤维的规模化生产；建立10万吨级蛋白复合纤维生产线，提高纤维素纤维附加值；建立2，5⁃呋喃二甲酸、海藻纤维及其共混纺丝、壳聚糖纤维万吨级生产线，开发差别化纤维并扩大应用领域；实现生物可降解聚酯纤维稳定化、规模化制备，建立万吨级生产线。2025年—2030年，生物基化学纤维总体技术水平达到国际先进水平。行业将着重提高生物基化学纤维及原料的技术创新能力、规模化生产能力、市场应用能力。突破生物基化学纤维国产化装备大型化技术，低成本原纤化控制技术，生物基合成纤维大容量连续聚合及熔体直纺技术，海洋生物基纤维、蛋白纤维等低成本、高品质制备技术，实现下游应用突破；突破制约产业发展的莱赛尔纤维的专用浆粕和NMMO溶剂、高纯度生物法1，5⁃戊二胺、1，3⁃丙二醇、2，5⁃呋喃二甲酸、丙交酯等原料的规模化高效制备技术；实现万吨规模丙交酯国产化，PLA、生物基聚酯、聚酰胺连续聚合稳定生产；突破莱赛尔纤维关键设备薄膜蒸发器的大容量、国产化制造技术，实现莱赛尔纤维单线溶解能力每年不小于3万t；加强海藻纤维、壳聚糖纤维的产业链应用体系建设，实现高品质海洋生物基纱线及其制品的制备；攻克PLA立构复合技术，PLA熔体直接复合纺丝、原液着色技术。进一步完善生物基化学纤维及原料标准体系建设，发挥联盟带动作用，加强品牌建设与应用推广。实现高耐热、防霉抗菌等差别化产品生产，纤维级、无纺级、长丝级生物基降解聚酯稳定化、规模化制备满足一次性医卫材料、包装材料的应用需求。