蛋白质纤维发展现状及趋势ppt课件

蛋白质纤维发展现状及趋 势 1 主要内容 n 一、现状与发展趋势 n 二、战略定位、发展思路及目标 n 三、工程及关键技术 n 四、政策建议 2 一、现状与发展趋势 （一）本领域国内科技发展状况分析 1、工程科技发展状况综述 n 生物蛋白质种类繁多，简单区分为三类： n （ 1）动物蛋白质：肌肉蛋白质、乳酪蛋白质、禽 卵蛋白质、皮革胶原蛋白质、蚕丝丝素蛋白质、蚕丝 丝胶蛋白质、动物毛发蛋白质、羽毛蛋白质、蚕蛹蛋 白质、珍珠蛋白质、蜘蛛牵引丝蛋白质、蜘蛛包卵丝 蛋白质等。 n （ 2）植物蛋白质：大豆蛋白质、汉麻籽仁蛋白质 、花生蛋白质、玉米蛋白质等。 n （ 3）细菌蛋白质：转基因大肠杆菌生产黑寡妇蜘 蛛牵引丝（拖丝）蛋白等。 3 n 中国应用于工程的天然纤维有：绵羊毛、山羊绒、骆驼绒 、耗牛绒、兔毛、羊驼毛、骆马毛、羽绒、桑蚕丝、柞蚕丝 、蓖麻蚕丝、槲蚕丝、粟蚕丝等。 n 中国在工程中试用于化学纤维的有：大豆蛋白、乳酪蛋白 、蚕蛹蛋白、皮革胶原蛋白、羊毛蛋白、桑蚕丝丝素蛋白等 。 n 由于动物蛋白和植物蛋白大分子聚合度都不高，纯纺化纤 丝比强度均不高，因此，纯纺试验后均未生产。 n 试验批量生产的都是混合抽丝或接枝在其他高聚物上纺丝 或复合纺丝生产化学纤维。 n 天然动物纤维科技进展中采用转基因控制生产新特性天然 动物纤维也有重要突破和进展。 4 2、国内科研形势 n （ 1）生物蛋用白再生利生产化学纤维：生物蛋白质纤维 国内研发历史较长， 1986年开始即在研发试制，到目前为 止，生物蛋白质提取及提纯工作已有成熟技术，能够生产的 企业较多。 n 生物蛋白质纤维生产技术有长期研发积累，曾经工程化的 项目主要有以下几项： n 1大豆蛋白复合纤维：将已提取大豆油脂后的豆粕 （豆饼）除去杂质提取蛋白质，与聚乙烯醇共混，湿 法纺丝成纤维（蛋白含量 9-29%）并加甲醛缩聚避免 水溶。曾建成年产 10万吨以上企业两座。现因大豆蛋 白是球状结晶蛋白，未曾接枝，混纺抽丝纤维在水洗 、漂白中溶出损失过重，现已基本停止生产供应。 5 n 2乳酪（牛奶）蛋白复合纤维：在聚丙烯腈湿法 纺丝中混入或部分接枝。曾在三个企业连续小批量 生产： n 山西榆次恒天纺织新纤维科技有限公司（蛋白 含量 5 15%）曾形成 100吨 /年生产线，现已停产。 n 上海正家牛奶丝科技有限公司，现正迁厂至新 厂址。 n 黑龙江省嫩江华强蛋白纤维有限责任公司。由 于新鲜牛奶是贵重营养良品，废乳酪和腐败食品等，来 源稀缺，无连续定量供应，大规模工程化有困难。 6 n 3羊毛蛋白再生复合纤维：羊毛蛋白提纯后在聚丙 烯腈湿纺中纺丝，加工技术与乳酪纤维类似， 2002年 在天津人造纤维厂试验成功后在山西榆次恒天纺织新 纤维有限公司建成 100吨 /年生产线，曾生产约三年， 蛋白含量 515%，因社会使用量过少，现已停产。 n 4皮革胶原蛋白接枝纤维：动物皮革（牛皮、羊皮 、猪皮为主兼及其它动物毛皮）加工中磨削下的皮屑 及碎料，我国每年约 30万吨，过去废弃造成污染源。 2001年开始研究洗涤、除尘、提纯得胶原原料， 2006年开始研究纺丝。西安工程大学（原西北纺织工 学院）采用接枝到聚丙烯腈后湿法纺丝方式纺制纤维 ，试纺单纤维从 1.3dtex至 100dtex均成形良好。将 推广应用于人造假发生产试用效果良好，正在工业化 过程中。 7 n 5蚕丝丝素蛋白复合纤维：桑蚕丝的茧衣、蛹衬、 废弃丝织品中的丝素提取溶解后与黏胶纺丝原液混合 混溶纺丝。除在小型设备进行试纺外，在浙江省嘉利 蛋白纤维有限公司纺丝及浙江省诸暨富润宏丰纺织有 限公司，生产 4.31dtex（桑蚕丝素蛋白含量 4 4.5%）长丝，性能达到可以纺织生产的要求，曾产 业化，目前暂停止生产。 n 6蚕蛹蛋白复合纤维：蚕蛹蛋白提取后与聚丙烯腈 共聚湿法纺丝，并曾在四川某公司正式生产供应。 n 7羊毛微粉复合纤维：将羊毛粉碎的微粉（亚微米 数量级）与其他高聚物复合纺制细人造血管或纤维， 使人造血管壁或纤维中有大量孔隙，便于液体内外输 送或细胞增生长入，或有利于不能染色聚合物（如聚 丙烯等）纤维的染色。外直径 3mm的细人造血管具有 良好的生物相容性，特别是加入肝素钠复合后缓释中 具有良好抗凝血功能。已进入医学临床试验。 8 n 8羽绒微粉复合纤维：同羊毛微粉复合纤维。 n 9蚕丝丝素微粉复合纤维：同羊毛微粉复合纤维。 n 10珍珠蛋白粉复合纤维：浙江诸暨生产珍珠中大 量次品珍珠粉碎成粉末后混入黏胶液湿法纺丝。曾经 连续生产三年，但因销售量有限，目前已停产。苏州 恒光化纤公司将珍珠粉与植物蛋白混入黏胶浆粕中混 纺生产 “翡翠纤维 ”正在继续开发市场。 n 11人发微粉复合纤维：河南许昌恒源发制品股份 公司将人发微粉与聚丙烯腈混合纺丝生产人造假发开 发试验。 9 (2) 转基因生物的天然蛋白质纤 维 n 在国家生物工程重大项目支持下，桑蚕基因组测 序工作 2003年完成第一张桑蚕基因组框架图， 2008年完成桑蚕基因组精细图谱并正式发布的同 时，转基因桑蚕丝工程启动，近年主要成果有： n 1转基因新品种彩色桑蚕丝。 n 2转基因蜘蛛蛋白基因桑蚕丝。 10 n 1转基因新品种彩色桑蚕丝。 n 自然界野生品种也有彩色桑蚕丝，但纤维品质不理想（纤维 粗）而且有色物质主要存在于丝胶中，丝织物精炼脱胶后，颜色 即丢失。新的转基因彩色蚕丝有色物质在丝素中，精炼脱胶后颜 色不会丢失， n 2006-2009年主要推出黄色品种。此项工程由西南大学向 仲怀院士牵头研究培育出多种彩色桑蚕品种。同时，苏州大学与 鑫源公司联合研发产业化工程在江苏省南通市海安县鑫源茧丝绸 集团股份有限公司和江苏苏豪国际集团股份有限公司联合申报 “ 家蚕天然彩色茧茧色品种资源产业化开发利用 ”项目进行。 n 2009年以来已生产推出黄、绿、红等彩色，近二年来每年 生产彩色蚕茧 250吨，缫制彩色蚕丝 80余吨，织造天然彩色绸 65万米，加工天然彩色丝绸服装 25万套。销售市场反映良好。 此外，西南大学和广西蚕业技术推广总站合作研发转基因绿色荧 光蚕丝品种，表达效果良好，已提供生产样品，尚在逐步完成中 。浙江大学和浙江花神丝绸集团 2005年开始，也杂交形成天然 彩色蚕丝。 11 n 2转基因蜘蛛蛋白基因桑蚕丝。 n 桑蚕丝蛋白基因中嵌入部分源于蜘蛛包卵 丝蛋白的基因，使桑蚕丝蛋白中含有一定量蜘 蛛包卵丝蛋白，使桑蚕丝织物纤细、柔软、亲 肤性良好。 2009年生产新型丝茧数公斤、缫 丝织就绸缎数米，性能测试反映满意。 n 此项工作由西南大学向仲怀院士带头、农 业部蚕学重点开发实验室、家蚕基因组学教育 部重点实验室、西南大学蚕学与系统生物学研 究所负责人夏庄发等领导和完成，正在逐步深 入研究中。 12 （ 3）转基因技术生产新型蛋白 质 n 福建师范大学李敏教授的团队将黑寡妇蜘蛛牵引丝（拖丝 ）蛋白基因转移嫁接到大肠杆菌基因链中，使大肠杆菌体内 形成蜘蛛牵引丝（拖丝）蛋白片段的多重复高聚线性大分子 ，将发酵培养的大肠杆菌粉碎、提取蛋白，得黑寡妇蜘蛛牵 引丝蛋白。因属实验阶段蛋白数量不多，只进行了人造皮肤 试验，尚未纺丝试验。 n 此外，安徽省农业科学院蚕桑研究所和安徽省丝绸公司通 过在桑蚕饲养过程中添食经过处理的有机色素（学习柬埔寨 红色取自 Lac介壳虫巢 ChamPoo的果实等，黄色取自 Gamboge的树皮和树脂、 Knorl树芯材、 keeLee树等）形 成红、黄、绿、兰、黑等色。同时，浙江天方科技有限公司 、陕西省安康丝绸厂等单位也培育了天然彩色桑蚕丝。 13 (二 )本领域国际科技发展状况 n 国际从 19世纪末、 20世纪初即开始对再生蛋白质 纤维进行研究。 n 1866年英国人 E.E.休斯首先成功地从动物胶中制 出人造蛋白质纤维。他将动物胶溶于乙酸，在硝酸 酯的水溶液中凝固抽丝，然后以亚铁盐溶液脱硝， 进一步加工得到蛋白质纤维，但未工业化。 n 1904年 Todenhaupt从牛乳中提取乳酪纺丝制得 纤维。 n 1935年意大利弗雷蒂才用从牛乳内提取的乳酪素 制成 “人造羊毛 ”。 14 n 1936年英国考陶尔兹公司也开发了酪素纤维。 n 1938年研制了花生蛋白纤维，商品名为 Ardil。 n 1938年日本油脂公司开发了由大豆为原料生产 的纤维。 n 1939年 Com Product Refining公司制取了玉 米蛋白纤维，商品名为 Vicara Ardiln Fiber。 n 20世纪 40年代初，美国研制了酪素纤维（又称 再生蛋白质纤维 Prolono） 1。 n 1945年左右，美国杜邦、日本研究了大豆蛋白 纤维 2-3，美国商品名为 Soylon，日本商品名为 Sikool； 15 n 1948年美国通用汽车公司从豆粕中提取了大豆 蛋白质制造纤维 4，但因为纤维性能较差无法进 行纺织加工而中断研究。 n 1969年，日本东洋纺公司开始研究和试制以新 西兰牛奶为原料与丙烯腈接枝共聚合的再生蛋白质 纤维 1986年正式生产。商品名为 Chinon（蛋白含 量约 5%）建设 100吨 /年生产线，最近据传也已停 产。 n 加拿大 Nexia公司 1利用转基因技术，通过遗传 工程，培育出一种将蚕的基因植入非洲普通山羊体 内，培养出的山羊产的奶中所含蛋白质的结构与天 然真丝蛋白质结构相同，从而以该种山羊奶为原料 生产丝绸； 16 n DuPont（杜邦）公司利用生物工程和基因 技术提取人造蜘蛛丝蛋白质，研制出有 “生物 钢材 ”之称的蜘蛛丝 5-11。 n 1994年以来，美国杜邦公司等对玉米蛋白 纤维的制造过程和纤维性能进行了研究，将 玉米蛋白质溶解于溶剂中可进行干法纺丝； 将球状玉米蛋白质溶解于（ pH11.3 12.7 ）的碱中，并加入甲醛或多聚羧酸类交联剂 ，可进行湿法纺丝。 n 目前除日本东洋纺公司的 Chinon曾连续有 少量生产之外，其他品种均未生产。 17 n 黑寡妇蜘蛛牵引丝（拖丝）蛋白纺丝产品具有特殊 的超高强度、低模量或高模量、生物相容性材料，可 特别用于类似肌腱断裂修复等医疗用途应用开发具有 良好前景，并可用于防弹服、防刺服等防护服及产业 用纺织品等特殊用途。 n 美国研究在 2000年 科学 发表的文献只生产了 25mg纤维，尚未工程产业化。 18 n 究其原因： n 主要是天然蛋白质中部分蛋白质分子为球状结晶（大豆蛋 白、玉米蛋白等 )无法展成线性分子链；其他蛋白（包括动物肌 纤蛋白、皮革胶原蛋白等）虽是线性分子链且基本线性分布（ 三股或多股螺旋），但高分子聚合度不高（一般聚合度在 100 左右，少数最高 300），提纯溶解处理后聚合度很低，因此纯 纺成化学纤维后，比强度太低，不仅纺丝困难、织物耐用度差 ，而且纤维混纺产品在洗衣机洗涤中被磨碎散失太多。因此， 天然蛋白质再生纯纺化学纤维应用效果不理想。 n 其次天然蛋白质中大多数是高营养食品原料，成本高昂， 很难创出广阔市场。 n 再次，天然蛋白质再生后与其他高聚物混合纺丝，虽然有 一定效果（外观、手感、染色等性能良好，比强度可以接受） 但依托基体的缺陷（聚乙烯醇缩醛的甲醛受限制，粘胶纤维的 蠕变稳定性差等等）受到制约或者未接枝混合纺丝保持困难（ 衣物洗涤中不断流失），而在其他高聚物中侧链接枝影响结晶 度和取向度等原因导致天然生物蛋白质生产化学纤维至今未广 泛应用，以致均未大批量连续生产。 19 （三）我国发展的主要方向和内容 天然蛋白质在纺织工业中的再生应用区分几种 不同情况： n 1.天然生物蛋白质用于再生生产化学纤维。天然生 物蛋白质由于部分为球蛋白，非球蛋白聚合物聚合度 较低，除医用中的局部用途品种（例如人造皮肤）外 ，纯纺化学纤维基本无使用价值。混纺复合纤维也因 实际性价比影响，优势不大。 n 2.天然蛋白质微粉某些特殊用途：如医疗用人造血 管、人造皮肤中有应用优势，在混纺丝复合过程中产 生某些性能可能有局部用途，如提高染色性能等。 n 3转基因培育生物工程新品种有一定发展优势。 20 二、战略定位、发展思路及目标 （一）战略定位 n 进一步深入开展基础创新研究，提高生物 蛋白质实用性能（包括纤维拉伸比强度等性能 ）及降低成本； n 在提高 “性能 /价格 ”比的前提下，为天然生 物蛋白质化学纤维的开发应用创造前提条件。 n 特别为最重要的应用前景（医疗用、人造器 官用的纤维和产业用纺织品）的用途创造条件 。 21 不同对象分别对待、分别处理。 n 1.依靠生物工程技术特别是转基因技术， 创造超高强度、高稳定性的新生物蛋白质再生 化学纤维和生物蛋白质天然纤维，为最主要的 特殊用途提供物质基础。 n 2.对利用废料成本不太高在与其它高聚物 接枝和混合纺丝，使化学纤维产品有一定应用 领域和环境的品种，分别开发最终产品并应用 。 n 3.对于其他类型生物蛋白质视发展形势， 等待发展条件和环境改善。 （二）总体思路 22 （三）战略目标 n 1.利用生物工程和转基因技术为蜘蛛牵引丝（拖丝 ）蛋白质的高效低成本生产和纺丝加工生产医疗用和 防护用超高强化学纤维。 n 2利用皮革胶原接枝共聚纺丝作为人造假发及纺 织用化学纤维。 n 3. 利用天然生物蛋白质微粒作为特殊用途产品的 添加剂生产人造血管，人造皮肤等医疗用纺织品或其 他化学纤维添加剂。 n 4. 进一步支持转基因桑蚕丝天然彩色品种扩繁及 工程化应用和特种专用性能纤维研发。 n 5.其他生物蛋白质应用视科技发展形势逐步推进。 23 三、工程及关键技术 n （一）蜘蛛牵引丝蛋白化学纤维 n 关键技术在现有较成熟技术基础上尚需工程化攻 关，内容包括： n （ 1）用生物工