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可降解塑料的定义范文1
关键词：生物可降解高分子材料；分类；应用
随着社会经济的发展，环境问题越来越得到人们的重视，而高分子材料――塑料，作为上个世纪最伟大的发明之一对人类社会的推动作用是毋庸置疑的。但同样它给环境带来的污染问题也日益显著，很重要的一点就是塑料进入自然界后难以被自然环境分解，通常完全分解一类塑料需要数十年甚至要上百年的时间。而随着生物可降解高分子材料的出现及发展，对于塑料难被自然界分解这个问题带来了希望。本文主要介绍下这种材料的分类以及可能给在一些领域带来的改变。
生物可降解高分子材料定义：生物可降解高分子材料是指在一定时间和一定条件下，能够被微生物(细菌、真菌、霉菌、藻类等)或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。
2、生物可降解高分子材料的类型
按合成方法可分为如下几种类型。
2.1微生物生产型
许多微生物能合成高分子，这类高分子主要有微生物聚醋和微生物多糖，具有生物降解性。研究表明，若给予合适的有机化合物作食物碳源，许多微生物都具有合成聚醋的能力。此外，许多微生物能合成各种多糖类高分子，其中有一些多糖类高分子具有良好的物理性能和生物降解性，可望用于制造不污染环境的生物降解性塑料。
2. 2合成高分子型
将脂肪族聚酷和芳香族聚酷(或聚酞胺)制成一定结构的共聚物，这种共聚物既有良好的性能，又有一定的生物降解性。聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)作为新型生物降解的医用高分子材料正日益受到广泛重视。
2. 3天然高分子型
自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属降解性天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解。但因纤维素存在物理性能上的不足，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酞基多糖等共混制得。如日本以纤维素和脱乙酞基壳多糖进行复合，制得了生物降解塑料，采用流涎法制得的薄膜与普通的PE膜的强度相似，并可在2个月后完全分解，盒状制品75天可完全分解，但目前尚未工业化生产。
2. 4掺合型
在没有生物降解性的高分子材料中，掺混一定量有生物降解性的高分子物，使所得产品具有相当程度的生物降解性，这就制成了掺合型生物降解高分子材料，但这种材料不能完全生物降解。目前主要开发改性淀粉与可生物降解或可水溶性塑料的降解塑料合金母料，或以淀粉为主要原料的可完全生物降解塑料，可以100%地分解，其分解速度可按要求控制在数分钟到一年的时间。
3、生物可降解高分子材料的应用
生物可降解高分子材料因其独特的性能,使得它的发展前景极为广阔,将为减少环境污染、保护地球与大自然,为人类创造一个无污染的环境发挥巨大作用。生物可降解高分子材料的分类应用主要有以下几个方面:医疗领域、农业、包装材料，其他领域。
3.1生物可降解高分子材料的医学应用
由于可降解高分子材料不击一次手术移出，因此其特别适合于一些击暂时性存在的植入场合根据其临床中的应用，可分为以下几类:
（1）药物控制释放。在过去20年，合成生物可降解高分子被广泛用于最贡要的药物释放领域。用生物可降解高分子制成的药物控制释放系统来控制药物的释放速率，而理想的情况应是，药物能在合适的时间、合适的地方加以释放，以满足生理击要。以生物可降解高分子材料作为载体的避孕制剂是属于控释、缓释制剂，不但要求制剂中的药物能够恒定释放，并且要求生物可降解高分子材料在释药过程中要保持一定的形状以保证有效释药面积。
（2）外科固定。PGA和PL、作为可吸收的合成缝合线被用于外科固定植入体。随后又增加了其在上肢和下肢的应用和整形外科领域获得了新的应用。日前经过改性的PLGA植入体的性质己能更好地适应肌健、韧带和骨骼复原的需要。
（3）组织支架PLLA的物理化学性能能让它作为象肝这样的软组织，象软骨和骨骼这样的硬组织的支架材料;PC、被用作细胞移植和器官再生的人造支架;PLGA被运用于肠和肝再生，以及骨组织工程上。
3.2在包装领域，人们致力于研制可完全生物降解的高分了以取代现在使用的非生物降解高分了。己商品化的有聚己内醋、聚乙烯醇、聚乙一醇、聚乳酸等。这些高分性能优良，可用吹模、注塑等方法加工，但它们的应用并不广泛，因为价格较高，比常用包装材料聚乙烯、聚内烯价格高4― 6倍。
3.3在农业领域光生物降解聚乙烯农膜可使作物成熟期提前，减少杂草生长。通过提高田间温度增加收成，并使收获期提前。可降解农用地膜可节省灌溉水和肥料的用量，避免残留物对下一季作物生长的危害。这种薄膜还可通过在种植前儿周升高土地温度来杀死病原性细菌，可避免使用某些破坏大气臭氧层的农药如一澳甲烷。在日本已用氧俗生物降解塑料包封的农药，可达到长期缓释高效，减少对河、湖的富营养化。近来日本开发出的壳聚糖塑料降解地膜，强度大，尤污染，成本低，可生物降解，而目降解后的产物对土壤有改良作用。纤维蔚微品壳聚糖制备的功能性杂化纤维有一定的机械强度，可生物降解，降解产物对人体尤毒副作用。
除上述应用外，生物可降解高分了在其他领域也得到了运用。例如，用合成生物可降解聚醋作包装材料，在洗涤剂粉中用PA、及其共聚物处理废水，在农业土壤中用特种PH BV片来释放杀虫剂，以及在兽医中用PH BV大药丸来释放药物。用可再生资源如玉米、小麦等淀粉生产的聚乳酸，经纺妊成型制得性能良好的纺织纤维，在服装、农业、渔业、卫生、建筑等领域的应用，己实现半商品化。随着技术的进一步发展和产品的逐步商业化，生物可降解高分了的应用前景定会更加光明。（郑州大学材料科学与工程学院；河南；郑州；450001）
参考文献：
［1］ 赵博，对生物可降解高分子材料的研究【J】,科技经济市场，2006年4月，28
可降解塑料的定义范文2
关键词：生物基塑料 概念 存在问题 未来展望
近年来随着生物基塑料的研发和应用，一些传统的塑料制品已经被其替代，生物基塑料已经在解决资源和环境问题上发挥了重要作用。本文分析了生物基塑料的研究状况及当前发展中遇到的主要问题，并对生物基塑料的未来发展前景进行展望，以期为经济社会的可持续发展做出贡献。
一、生物基塑料的概念
1.生物基塑料的定义
2003年11月日本的生物塑料协会将生物塑料定义为生物分解塑料和生物基塑料。所谓生物分解塑料（BDP）是指，在一定环境条件下，这类塑料能够由细菌、藻类、真菌等微生物的作用分解，而不会带来环境问题，目前生物分解塑料既来源于石油又来自可再生资源。所谓的生物基塑料（BBP）是指可再生资源例如淀粉、蛋白质、纤维素、木质纤维素、生物聚合物及二氧化碳等，以这些材料为原料加工而成的塑料，就被称为生物基塑料。所谓生物塑料就是指绿色的生物材料，它不会对环境造成污染，或能够减轻对环境的污染，是给空气带来二氧化碳负担的“碳中性”材料。
2.具有代表性生物基塑料产品的特点比较
3.生物基塑料的检测标准
对生物基塑料的检测方法主要是通过对其进行C-14分子标记，然后测量其产品中各组分的碳原子是生物碳或化石碳及含量在总有机碳中的百分比（质量分数）。例如计算以淀粉为原料制造的淀粉基塑料的生物基含量：
50%淀粉与50%聚乙烯的淀粉基塑料，其中淀粉生物C含量为41%、聚乙烯生物C含量为82%，其生物基含量的计算方法为（50%×41%）÷（50%×82%+50%×41%）=33.3%。日本的生物含量的等级分为4个：25%～50%，50%～75%，75%～90%，>90%，其中25%～50%的产品所占的比例最大。
二、当前生物基塑料发展状况
随着，公众环保意识的逐步增强，探寻资源的可再生方法已经得到了越来越多人的关注，将一些常见的可再生资源例如谷物、木材、甜菜等制造成生物聚合物，实现资源的再生。目前，生物基塑料的研究已经完成了由初级研究到商业化、规模化方向的发展，截止到2012年全球生产制造的生物基塑料产量达500Kt左右，其所能带来的能量达1060kt，根据美国Fredonia集团的研究报告表明，生物基塑料的需求量在未来的几年里其增长率仍会大幅度提高。欧洲的生物塑料协会预测在未来的几年里生物基塑料的生产规模仍然会扩大，今后可被生物分解的生物基塑料中制造业产品如儿童玩具、汽车装饰用品、汽车零件及家用电器等的需求量最大且增长速度最快，预测增长速度会超过20%。目前生物基塑料在我国的应用主要是在以下5个行业：一包装行业；二制造业；三纺织业；四农用地膜；五医学业。
三、生物基塑料使用的主要技术
1.“生物成型”技术
作为世界知名的可口可乐公司承诺在2020年，本公司所使用的所有的PET容器都将使用生物材料，该产品主要是由美国著名的生物技术公司Virent、Gevo共同研发生物合成PX工艺，实现PTA的绿色化。Virent公司已经成功的采用了“生物成型”技术，将玉米、甘蔗等含糖作物与糠醛生物共同转化为PX，实现了完全由可再生材料合成生物基PET。
2.分子重组技术
目前，国际上知名的生物化工企业Virent、Gevo、Avantium等已经成功的应用生物技术从植物、农作物的废弃物等资源中进行分子重组转化为PX，并通过氧化技术生产出PTA，从而实现了100%的PET生物基产品。
3.“YXY”技术
美国生物化工Avantium公司与美国高校共同研发了“YXY”技术，该技术将植物源获得的呋喃糖通过生物技术转化为2，5-呋喃羧酸，从而与MEG酯化聚合生成PEF，目前 已经实现了PEF聚酯瓶的商业化生产。
四、几类生物基塑料的国内外研究进展
目前国内外研究较多且开发和技术相对成熟的生物基塑料主要有：淀粉基生物降解塑料、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等。
1.淀粉基生物降解塑料
淀粉基生物降解塑料是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而成的一种塑料产品， 具有投资少、成本低、方便快捷、等特点。目前共研发出填充型、光-生物双降解型、共混型及全淀粉型四种可降解塑料。经过30年的研发历史，淀粉生物降解塑料已广泛应用于化工、农业以及化妆行业等。
2.聚乳酸生物降解塑料
聚乳酸是以乳酸为原料合成的材料，具有无毒、无害、高强度、易加工成型及可全降解性能等特点。因此，聚乳酸是一种能真正达到生态和经济双重效应的环保材料，是近年来国内外着重研究和关注的生物降解塑料。但价格较高对其大规模应用有一定的限制。
3.聚丁二酸丁二醇酯生物降解塑料
丁二酸和丁二醇经缩聚形成聚丁二酸丁二醇酯， 其具有优良的力学性能和耐热性，并且其加工定型和稳定性方面也比其他生物基塑料好。总体而言，其综合性能优异， 性价比合理， 具有良好的应用推广前景，。
另外，国内外正在研究开发一些新型生物基塑料。例如：美国农业部研究由柠檬酸和丙三醇制得的生物降解聚合物，美国加州大学正在推出的利用碳水化合物和肽合成生物材料以及国内相关研究部门研究以农产品为原料制造可塑淀粉生物降解材料，显示出未来生物技术塑料发展的前景巨大。
五、生物基塑料发展中存在的主要问题
1.生物基塑料的性能较石油基塑料有差距
目前形成产业的生物基塑料的性能（力学性能、稳定性、耐热性、燃烧性、阻隔性等）较石油基塑料的性能上还存在着一定的差距，在很多要求严格的领域中，生物基塑料不能够替代石油基塑料，因此必须通过对其性能进行改造的手段，尽量使其性能达到可利用的标准。
2.生物基塑料的生产投资大、成本高
相关国外《生物基生命周期对环境影响的全面分析》调查研究表明，生物基塑料的制造所使用的农作物，较普通的农作物而言使用的农药、化肥的量更大，其产品对环境污染的影响更大，因此在投资项目时一定要全面分析，慎重做决定。
六、展望生物基塑料的发展前景
1.生物基塑料替代传统能源
随着经济社会的发展，全球面临的资源和环境问题日趋加剧，环境污染、资源匮乏、能源短缺都迫使人们急切探寻新能源来替代传统的能源。用可再生资源替代石油资源已经成为人们关注的焦点，随着人们生活水平的提高，对石油资源的需求量只会与日俱增。随着全球气候变暖问题的日益严峻，美国能源情报署2006年初预测，到2025年，世界的二氧化碳排放量将达3.88×107kt，而中国目前的二氧化碳排放量已经达到3.8×106kt，因此中国面临的减排工作还是十分严峻的，同时相关研究表明，生物基塑料的节能减排效果显著，生物基塑料的二氧化碳排放量比石油基塑料的排放量少20%～30%。因此，生物基塑料的发展有巨大的市场潜力。
2.生物化学工艺技术发展为生物基塑料发展带来新革命
生物化学工艺技术的发展为生物基塑料的性能、生产工序、生产成本等都有了突破性的改变，其不仅能够使生物基塑料的性能达到最佳状态，而且能够大幅度的降低生产成本，提高淀粉及纤维素的含量，并且还能够直接或间接的使用非粮食淀粉，节约粮食资源。
3.生物基塑料产品种类不断增加，应用领域不断扩大
随着人们生活水平的提高对生活质量的要求越来越高，绿色食品、绿色包装都是人们追求的新事物，而生物基塑料就是绿色包装的典型资材。而且今后不会单单仅仅将生物基塑料的产品种类局限于包装上，会将生物基塑料的应用领域扩大到农业领域、医药领域、纺织领域等，他们都将在各自领域发挥着巨大的作用，实现资源替代和环境资源矛盾的缓解，更加有利于国家的可持续发展。
七、结语
近年来，生物基塑料的生产技术体系目前已经得到了确立，并且随着生物材料和生物生产技术的发展，其在节能减排和缓解资源环境压力发挥着显著的优势，通过对生物基塑料的研究和应用的现状进行综合分析，生物基塑料具有巨大的市场潜力。并且当前生物基塑料作为石油基的替代品使着我国的资源利用正朝着绿色、高效、高附加值、规模化、标准化的方向发展，从而为我国走经济可持续、能源可持续、资源可持续发展的道路奠定了基础，因此生物基塑料具有十分美好的发展前景。
参考文献
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[6]关文.生物塑料有望替代90%传统树脂[J].中国石化报，2009（12）.
可降解塑料的定义范文3
作者：宋佳玮，杨蕾
【关键词】包装工业，绿色设计，实践探讨
引言
具体来说绿色包装要符合以下的条件：用料的选择上要求节约资源，最好能减少废弃物的排放数量；使用后的包装要便于回收，最好能够重复使用或进一步加工成为其他的产品。处理此类绿色包装时会产生一定的热能，这种热能也是能源的一种，对这种热能加以回收利用可以起到节约能源的效果，因此绿色包装在被焚烧时要能够回收热能，且不会产生有毒有害的气体。对生活垃圾进行填满也是一种处理方式，因此，绿色包装在被填埋时要能少占用土地并能缓慢或迅速自然降解。在生产过程中发挥材料的能量效能，低污染是绿色包装生产和设计过程的特点。因此绿色包装有替代传统的塑料等包装成为社会新宠的趋势。绿色包装又被称为无公害包装，也被形象地称为环境之友。它的理念符合“3R1D”的原则，即减少包装材料消耗，包装容器的再填充使用，包装材料的回收循环使用及包装材料具有降解性。1996年，ISO14000将评价产品环境性能的生命周期评价（LCA）列为其六个子系统之一。
1绿色包装的设计要求
低污染是绿色包装生产和设计过程的特点。因此绿色包装有替代传统的塑料等包装成为社会新宠的趋势。绿色包装又被称为无公害包装，也被形象地称为环境之友。
1.1设计
根据性能和用途的不同，各种产品的包装设计种类繁杂，设计方案也千差万别。这并不表明设计方案之间没有任何可以相互借鉴取长补短的地方，设计方案之间具有一些共性，这些共性主要体现在设计的程序、方法、共同的概念和步骤等方面。一般设计产品包装的步骤包括：功能需求分析，产品规格定义，设计方案实施，参考产品评价这些方面。在产品的设计中针对这四个传统的方面还需要考虑一些因素：例如，市场消费需求，产品质量，成本，制造技术的可行性等。在绿色包装的设计上包装的大小和结实的程度是需要首要考虑进去的因素。包装的大小应该与包装的内容物的尺寸相匹配，包装的结实程度需要考虑商品的运输方式等因素，但也不能过分复杂和结实，给消费者带来不必要的困扰。
1.2材料的选择
包装在材料的选择上决定了其在生产过程中能否发挥它的最大效能。对于材料的选择，低能耗、低成本、低污染、易于回收等是首要考虑的因素。低污染、易于回收等是为了改变之前大范围使用塑料对产品进行包装带来的环境破坏，低能耗是为了确保产品包装的成本控制在一个合理的范围内，低成本则是因为包装是要大量投入生产的一种产品，如果成本高则会降低它带来的经济效益。选取的材料一般比较易于加工，在加工过程中排放的污染也较少，有的优良材料甚至可以做到无污染。绿色包装，还有一个突出的特点，就是与同类功效的产品进行比较，更加利于回收。如德国公司WHIRLPOOL用于包装的材料由20种减少到4种，降低了回收成本的50%以上。这个案例就成功地对材料进行了选择，有利于回收再利用，有利于资源的循环利用。
1.3绿色包装的可回收程度
1997年国家环保局公布了可降解塑料包装制品环境标志以及产品技术要求，实施可降解包装制品标志认可制度。由此可见包装的降解难易程度也成为一个非常重要的议题。一个非常著名的案例就是：新西兰奥克兰大学高级合成材料研究中心成功地将废旧的聚乙烯塑料牛奶瓶和PET可乐瓶和成了一种新的聚合材料，实验证明，这种新型塑料聚合材料性能效果提升近3倍，明显优于两种原材料。这种材料作为食品的包装也是非常适合的。这个例子说明，绿色包装的含义比我们所理解的要广阔的多，新出现的材料不仅使我们经常使用而且优于纸质包装，新型的材料可以被反复多次地利用、循环回收地使用，然而在这样多次循环使用的过程中它的性能并不会变低。除此之外产品在运输和使用的过程中产生的损耗也是测定产品包装的可回收利用率的一个重要的参考因素。
综上，绿色包装的设计理念要始终坚持：节约、环保、可回收、循环利用、低能耗的原则和理念。另外绿色包装的设计理念也要与时俱进、不断进行更新。绿色包装顾名思义，就是污染和能耗较低的包装，这个污染和能耗不仅仅存在于产品的生产过程中和回收过程中、运输流通和消费的过程也要被考虑进去。在对包装材料进行选择时应该充分考虑商品不会收到损伤、同时运输和储存都较方便，充分掌握市场，做好市场调查研究，针对内容物来设计绿色包装。
2包装工业的绿色实施探讨
2.1绿色包装的设计发展
随着工业化的普及和快速的发展，生产力得到了大幅度的提升，但与此同时环境问题也已经成为了世界首要的问题。人们的物质生活已经得到了基本的保障，对于环保的要求随之提高。人们越发青睐在生活中使用环保制品，减轻地球的负担。浪费自然资源，产生高的能耗需求并且对环境有污染的包装逐渐被人们，尤其是生活质量较高的地区的人们抵制，1975年德国率先响应《人类环境宣言》，并号召推出绿色包装――“绿点”包装标志（DERGRNEPUNKT），在这之后一系列发达国家也纷纷响应，推出了各种各样的绿色包装。如美国、日本、加拿大、欧共体等等，一股绿色狂潮在世界范围内掀起。与传统的产品包转设计的区别是：绿色包装摒弃了传统产品包装以营利为主要目的，忽视环境发展的弊端，将生态保护列入产品研发的范围之中，且将产品对环境的影响作为评估的一个重要指标。很大程度上抑制了资源的枯竭。传统产品中，发泡塑料餐具就是一个著名的案例，它们使用方便、用料轻巧，但它们在土壤中是十分难以分解的。从发展的角度看待绿色包装，他在我国的古代就已经有过出现的痕迹，并非高科技产物。我国的传统节日多与吃有关系，食物的包装也是我国古代生活的一个重要部分。端午节吃粽子，粽子是由粽叶即芦苇的叶子包裹糯米等制作而成，粽叶的清香增加了糯米的清甜气息。包装天然，食用过粽子之后也十分容易降解。这种食物的外包装来源于自然，最终回归自然，无需焚烧填埋，无毒无害无污染，十分符合绿色包装的特点和内涵。由此可见，绿色包装不一定具有时间和地区的限制，只要满足节约资源、防止污染，保持环境质量，维持多样性的、可持续发展的生态体系，以支撑长期的、有活力的经济系统的目的，再加上设计者因地制宜，大胆创造，就地取材，创造出节约能源，降低能耗，低污染的绿色包装并非难事。
2.2绿色包装设计制造的注意事项
前面已经提及过：绿色包装的设计理念要始终坚持：节约、环保、可回收、循环利用、低能耗的原则和理念。另外绿色包装的设计理念也要与时俱进、不断进行更新。绿色包装用以包装商品，而商品的消费主体是人，所以，绿色包装同样作为一种满足人的需要的产品，其设计理念也和其他产品，包括被它包装的商品一样，要以人为本，从人的需要出发，以满足人的最终需要为目的。满足人的需要的同时也要满足生态系统的要求，尽量保护生态系统的安全和完整。从产品开发概念阶段，就引进生态环境变量，并结合传统的设计因子如：成本、质量、技术可行性、经济有效性等等进行综合考虑。
绿色包装的概念已经得到了普及，很多消费者和生产者也已经具有了绿色包装的概念。但这些远远不够，从生产出合乎规格的绿色包装，到绿色包装逐渐在市场站稳脚跟，这是一场从技术到营销的浩大革命。无论是绿色包装的设计，选材还是市场推广，我们面临的挑战还有很多，但挑战往往预示着机会，一方面保护环境，改善生态质量也提升我们的生活质量，一方面为本行业带来更多的经济利益。原先的生产经营活动讲究社会效益与经济效益的共赢，现在我们追求的是社会效益与经济效益与环境效益的统一。
3结语
可降解塑料的定义范文4
1超仿棉聚酯纤维的技术发展
1.1 大容量直接纺丝技术
源自原美国杜邦技术，Chemtex（康泰司）工程公司已经成功开发出超大容量（200 t/d）的直接纺短纤维生产制造技术，即所谓的NGSS（New Generation Staple Spinning）。该技术采用纺丝单部位 8 000 孔的超高密度技术手段，后处理采用干法拉伸，可生产出单丝纤度为 0.88 dtex的纤维，纤维均匀性更好，并可在直接纺生产线上柔性化生产多个品种，例如低起球、抗菌、染色性能改善等高附加值纤维。
Oerlikon Neumag（欧瑞康纽马格）公司是一家专业工程公司，在聚酯短纤维生产技术上居国际前列，采用由内向外的丝束冷却方法，原丝均匀性大大提高，单线产能可达400 t/d，由此可以大大降低生产成本。
中国大陆连续直接纺大型生产线上开发短纤维新产品首推上海石化，采用对聚酯部分改性和调整，能够生产出 1.3 dtex的超高强涤纶短纤维，单纤维断裂强度超过 6.4 cN/dtex，可用于高速缝纫用缝纫线。
1.2改性技术
1.2.1改善纤维感观的全消光聚酯
从2000年起，欧美和日本开发了改善纤维和织物外观的所谓“聚酯仿棉流行面料”产品，其中主要的技术特点是采用高浓度的TiO2母粒，进行共混纺丝，得到看上去好（looking good），外观优美；感觉好（feeling good），舒适、功能兼具；稳定性好（keeping good），易于护理的面料。它不仅具有光泽柔和的视觉效果，而且又有新颖时尚的感觉，广泛应用于羽绒服、泳衣、高档时装、汽车装饰、居家装饰等领域。由于TiO2同时具有良好的抗紫外线功能，因此全消光面料被业内人士认为将成为聚酯纤维感观仿棉的最合适的技术手段。
上海石化采用在聚酯聚合过程中添加TiO2的方法，成功取代了进口母粒，使纺丝加工成本降低了 15% 以上，同时纤维内TiO2的分布更均匀，产品质量更稳定。2008年，上海石化采用液态的纳米级TiO2和聚合工艺进行再优化，开发出了超细纤维专用的全消光聚酯产品。表 1 是钛白粉与其它白色颜料的光学性质对比。
1.2.2吸湿排汗性及抗静电改性等
纯棉织物具有优良的吸湿透气性，但因其保水率较高，导湿性能较差。所谓“超仿棉”聚酯纤维和纺织品在很大程度上就是同时具有吸湿、快干特性的纤维及面料。
目前已经工业化生产的聚酯纤维主要通过物理改性法得到吸湿快干的功能，使纤维具有高比表面积，且具有沟槽截面，利用这些沟槽，织造时纤维和纤维之间形成通道，通过这些沟槽的芯吸效应达到吸湿快干的功效。
通过超细化手段，例如 0.55 dtex的短纤维，也能达到吸湿排汗的功能。细旦纤维织制的织物表面立起的细纤维形成无数个微细的凹凸结构，相当于无数个毛细管，因此织物芯吸效应明显增加，能起到传递水分子的作用，大大改善织物的透气性和输水导汗性能。
20世纪90年代，美国杜邦公司开发的COOLMAX® 聚酯纤维，是通过异形截面“十”字形和“CO”形来散湿快干的；Optimer公司开发的Dri Release高吸湿纱线，采用“微混法”，在棉纤维的纺纱过程中，纺入少量的特殊涤纶，把棉和涤纶的优点发挥到最大限度以实现吸湿快干。日本东洋纺开发成功的CoolDry® 涤纶面料，它通过Y形截面来散湿；韩国晓星公司开发的Aerocool新型聚酯纤维，通过像“苜蓿草”的四叶子形的细微沟槽和孔洞来吸湿排汗；东国贸易株式会社研发的I COOL® 系列纤维，台湾中兴纺织厂开发的Coolplus® 纤维也是通过异形截面的毛细管现象来吸湿排汗。
随着技术的不断进步以及市场需求的多元化，很多纤维品牌又在原有性能的基础上进一步细化，衍生出了多个子品牌，从而可用于多个领域。如COOLMAX® 面料在其经典的吸湿排汗性能的基础上，已拥有多个品牌。COOLMAX® ALLSeason面料炎热寒冷皆适宜，可使户外运动爱好者在面临环境变化时还能保持干爽和舒适；COOLMAX® Xtra Life面料的吸湿排汗性能比原来提高 3 倍，织造的袜子能保持脚步更凉快。COOLMAX® EcoMade 面料采用 97% 的回收资源制成（诸如塑料瓶等）；COOLMAX® freshFX® 面料添加了银基，使面料能有效并持久地抗菌。COOLMAX® Everyday面料柔软、轻便透气，针对休闲内衣面料；COOLMAX® Active面料能更快地将汗液从皮肤带到织物表面而快速蒸发，主要针对运动面料；COOLMAX®Extreme Performance面料采用生理贴体设计，适用于极限运动服装。
荷兰ADVANSA公司推出的Thermo°CoolTM 纤维是中空纤维和表面凹槽纤维的独特组合，旨在帮助穿着者在外部温度环境和运动强度的变化过程中始终保持体感舒适。运动量大时，凹槽纤维部分加速导湿，而中空纤维则致力于导湿过程中的内循环，从而使运动者感觉舒适；当运动量较小时，本身更轻的中空纤维起到热缓冲的作用，在不影响排湿的情况下保持穿着者的体温。Thermo°CoolTM 可应用于多种产品中，如运动服、时装、防水透气面料以及手套、靴子等中。另外，Thermo°CoolTM 纤维还开发出了系列产品，如Thermo°CoolTM Fresh纤维添加银离子可使织物有清新的感觉；Thermo°CoolTM &Tencel® 则是Thermo°CoolTM 纤维和Tencel® 的创新组合。
亲水性的化学改性法主要是用一定分子量的聚乙二醇进行共聚，使纤维表面具备永久的亲水化，同时也在一定程度上具有抗静电性。上海石化在以往开发异形截面吸湿排汗涤纶短纤的基础上，近期又成功开发了具有永久亲水功能的纺丝级共聚酯。
1.2.3染色改性、有色纤维
从20世纪50年代起，日本和美国开始研究聚酯的染色问题，1958年杜邦公司为了改进聚酯纤维的可染性，添加 2%（mol%）间苯二甲酸二甲酯 5 磺酸钠（SIPM）作为第 3 组分制成了名为“达克纶T64”的共聚品种。近期，美国Invista（英威达）公司将此类产品进一步升级成为大批量规模化的直接纺工艺。
进入21世纪以来，纺前着色聚酯纤维生产技术日益受到推崇。纺前着色是指将着色剂加入到聚合物熔体中，从而使着色剂能永久地存在于纤维中，并均匀分布在纤维内。这一技术优势比较明显，纤维对于紫外光、漂白剂和臭氧均有较好的色牢度；在恶劣环境下，迁移稳定性很好，批与批之间的染色均匀性好；生产工艺对环境友好（高效节能，因为纤维的染色和纺丝能同时完成，并且此工艺中无须用水，而传统的染色工艺耗水量大，可能需进行污水处理，同时由于染浴中只有 85% 左右的染料可被纤维吸收，染浴中仍留有部分分散染料，会造成环境污染）；产量高，废品少，产品颜色选择范围广，可将常规产品较容易地变为高附加值纤维。瑞士EMS公司和德国Lurgi Zimmer（鲁奇吉玛）公司等开发了熔体直纺在线熔体染色技术，其技术核心是在线染色均匀性高，能实现不同颜色的连续化批量生产。
现阶段国内第 3 组分和第 4 组分已可批量化供应市场，采用连续聚合方法和PTA法的工业化生产也有报道，例如分别采用一种外观为澄清粘稠液体、含量为 40%、溶于EG的 SIPE（间苯二甲酸二乙二醇酯 5 磺酸钠），以及平均分子量为 3 700 ～ 9 000 的白色固体聚乙二醇（PEG）为第 3 和第 4 组分生产的ECDP，其生产过程如图 1 所示。
桐昆集团恒能公司年产 40 万t的聚酯熔体直纺项目于2009年投产，可生产 50 ～ 600 D全系列的半消光、大有光、全消光和阳离子涤纶长丝产品，以超细旦产品为主。熔体直纺染色改性纤维技术的应用使桐昆集团的产业规模和产品结构得到进一步优化，市场地位进一步巩固。
用分散染料在常压沸染条件下不可能在涤纶上获得较高的上染百分率。EDDP属于共聚醚酯型染色改性，是在聚酯结构的基础上适当引入聚醚段，这样就可在基本保持PET骨架的基础上（从而可以保持PET的诸多优点），使超分子结构变得松弛，从而实现沸染的目标。但必须看到问题的另一面，如果引入聚醚段过多，虽然染色会变得更容易，但会使其丧失PET的某些优良特性，因此该工艺的主要难点在于把握适当的改性程度。目前，国内批量化生产的技术还不很成熟，难点主要在于如何控制聚醚链段长度和在大分子链段中的合适位置。
2007年德国Trevira公司（已被印度Reliance公司收购）开发了“SWARANG”有色涤纶短纤维和长丝，其技术特点包括了在大分子链端中嵌入载色体化学基团，不会造成掉色和环保问题，更强的转移染色牢度，减少分步染色过程，由此可以有效降低水用量，使在线染色更容易，相比之前的无机纺前颜料染色和湿法纱线染色更具成本竞争力。
1.2.4功能性添加型
与天然棉花相比，普通聚酯纤维在功能性上还有一些差距，因此，前 10 年聚酯纤维差别化开发的主要目标是进一步提高聚酯纤维的附加功能。其中最主要的是通过添加有机和无机添加剂使纤维具有远红外发射、负离子发射、抗菌、抗紫外线等性能。
远红外聚酯纤维是吸收外界能量如太阳能或人体自身的体热，再辐射给人体，促进人体的血液循环和新陈代谢。目前远红外聚酯纤维广泛用于护肩、护腕、护膝、护腰等保健品及作为内衣、袜子和被子的填充絮棉等。生产技术主要有3 种：一是在聚合过程中添加远红外辐射物质，二是在纺丝过程中添加远红外母粒，三是将远红外母粒与常规聚酯进行复合纺丝，其中第 2 种方法最常用。
防紫外线聚酯纤维织物可屏蔽辐射人体的紫外线，使人体免受伤害。其生产方法是将紫外线屏蔽剂与聚酯共混纺丝或皮芯复合纺丝，紫外线屏蔽剂主要有氧化锌和作为消光剂的二氧化钛。日本可乐丽公司在防紫外线聚酯纤维的开发方面处于领先地位，其产品以氧化锌为紫外线屏蔽剂。上海石化使用美国Eastman（伊士曼）化工公司的OB 1作为防紫外线添加剂，效果也很理想，而且纤维的其它物化性能也不受影响。
抗菌、消臭纤维可抑制细菌的产生或加速恶臭物质的分解，尤其适用于袜子、鞋垫及卧床病人的用品等。抗菌剂的种类多种多样，包括金属离子、二苯基醚及其衍生物、季胺盐类物质等。目前聚酯纤维常用的抗菌剂主要为含有银、锌等离子的泡沸石及陶瓷微粉末，日本帝人、东丽、钟纺等公司均有该类产品。日本还将海底火山喷发出的 3 种天然矿石超微粒化，然后混入聚酯中进行纺丝，所得纤维称为奥拉纤维（AURA），这种纤维的消臭性和抗菌性优良。
1.3适合环保和安全的产品开发
所谓“适合环保和安全”聚酯纤维产品的开发主要围绕 4 大目标，一是采用新技术新工艺降低原料合成和整个加工链的能耗、物耗及污染；二是开发能替代石油资源的原料，以提高可持续发展性；三是从纺织原料的角度出发对纤维进行改性，以提高加工性能和环保性能；四是纤维产品的循环利用。
1.3.1无重金属聚酯
传统的聚酯合成一般采用锑系催化剂，生产工艺决定了催化剂参与反应后滞留在产品内，按照Oeko Tex® Standard l00标准，可提取重金属（锑）含量被检出的可能性比较大，因此欧洲、日本等一些公司多年来非常重视对非重金属催化剂的研究。钛系聚酯催化剂的研发及其应用是聚酯合成催化剂的重要发展方向之一。
上海石化已经在连续化装置上采用国产的钛系催化剂成功生产出无重金属大有光、半消光和全消光聚酯切片，纺丝及后加工状况良好，符合美国食品和药物管理局（FDA）有关安全和卫生的指标。相对锑系催化剂，其残留在产品中的催化剂含量降低至原先的 1% 以下，因此可有效提高产品的洁净程度以及产品的服用安全性。
1.3.2可生物降解聚酯
芳香族无规共聚酯PBTS（Ecoflex®），其单体包括己二酸、对苯二甲酸、1，4 丁二醇，目前生产能力在 14 万t/a，主要产品包括美国伊士曼的EastarBio®，美国Showa的Bionelle® 产品（日本的Showa Highpolymer和韩国SK Chemicals向其提供树脂），SK Chemicals的Sky Green BDP® 以及美国杜邦的Biomax® 等等。该类产品可在正常堆肥条件下完全生物降解。
除应用于做薄膜和涂层料外，还可通过熔融纺丝抽成单组分或双组分固结纤维，或纺粘、熔喷非织造布。纺粘产品为半结晶体，具有弹性、良好的悬垂性、柔软的手感、不会发出声响等特点。
该产品开拓了众多用可弃和限次使用领域，包括无菌医疗用盖布、外科手术包装料、揩拭布、吸液芯材、适体卫生用品、育种垫、地面覆盖和其它季节性农业/园艺织物、热成形产品和各种层合材料。这种材料可满足美国和欧盟国家直接和食品接触的卫生要求，达到甚至超过德国DIN标准所规定的生物可降解指标，符合日本可降解塑料学会和美国堆肥（处理）协会的要求。
中国石化、北京化工研究院、上海石化已经成功开发可降解聚酯（PBTS），并已经可以批量供应市场。
2超仿棉聚酯纤维的发展前景
2.1市场定位和技术经济可行性
“超仿棉”聚酯纤维批量化和工业化的成功与否，在很大程度上取决于该产品的市场定位和技术经济的可行性。与“差别化”产品开发概念不尽相同，“超仿棉”大部分的市场定位应当是现有常规涤纶的升级换代产品，例如，在不大幅降低涤纶物理机械性能和纺织加工性能的条件下，对其进行物理改性和化学改性，使“超仿棉”纤维不仅具有外观的“仿棉”，还要提高染色性、吸湿性、安全环保性等性能。
采用钛系催化剂、醇改性的亲水性共聚酯、超细纤维级全消光仿棉型聚酯等都已经在大型连续聚酯生产线上实施生产，比如上海石化等公司，其开发的产品已具备了技术和经济的可行性。
2.2产业链利益的优化和协调
作为“超仿棉”纤维的原料生产商，更应当重视聚酯产业链的可持续发展。近 30 年来，涤纶短纤不断升级换代，最早开发的“棉型”1.67 dtex短纤的强度只有 2.5 ～ 3.5 cN/dtex，断裂伸长率为 30% ～ 40%，但棉型感很强；为适应中国纺织加工业的发展和市场需求，进一步将纤度降低至 1.56 dtex，同时提高模量、降低伸长率，虽逐步丧失了棉型感，但涤纶本身的特点非常明显；之后，为进一步提高纺织加工效率并改善手感，短纤纤度进一步降低至 1.3 dtex，使织物的手感得到有效改善。化纤行业通过技术创新和观念创新，未将新增成本转嫁至产业链的下游生产环节，而是通过技术进步（如大容量生产线、高开孔密度喷丝板等）、扩大生产量以及降低物耗和能耗等手段来抵消新增成本。同时尽可能地适应纺织业和印染后整理的技术加工水平，完善纤维的纺织加工性能，稳定产品质量，降低产品成本，吸引更多的用户。
上游企业在很大程度上应充分关注如何为下游产业提高生产率和节能减排，片面追求局部利益的最大化对产业链健康发展不利。对于聚酯纤维产业链来说，聚酯改性、纤维改性比纺纱、织造、染整差异化处理的投入低，能耗低，对环境的影响也相对较小。
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一项调查表明，目前我国服用进口面料主要是化纤产品，占进口面料总数的 60% 左右，主要来自韩国、中国台湾、中国香港、日本等国家和地区。而服装企业选用进口面料的主要原因是国产化纤面料的外观风格、手感性能、疵点、悬垂性（成形性）、颜色这 5 方面的质量较差。经分析，中高档化纤面料进口产品的主体为涤纶差别化长丝面料，少部分为其它新型化纤面料及其混纤面料。
目前，日本、韩国和中国台湾等化纤业发达地区的最新面料的纤维组成已经发展到 2 ～ 4 种，多的达 5 ～ 6 种，通过纤维结构变化和织物组织结构的变化，实现仿真、超仿真效果，已成为发展趋势。但现阶段我国新型化纤的性能还不稳定，应用还不普遍，因此部分仿真面料中的新型化纤由国外公司提供。但由于一些面料开发企业缺少对原料的了解，开发后达不到高档原料制得高档面料的要求。
日本在化纤原料开发方面处于世界领先地位。针对面料的最终风格，开发出异形截面、超细、高收缩、多成分共聚等新型纤维。通过对纤维结构、纱布结构进行综合设计，巧妙复合了化纤、纺织、染整各领域技术进步成果开发出了“仿真、超仿真”的新合纤面料。
台湾地区化纤企业在各种功能性纤维、仿真纤维、超细纤维的研发生产上与欧、美、日等国家和地区并驾齐驱，有些新产品处于世界领先地位，特别是在吸湿、排汗、速干、瞬间凉感等新型纤维的开发上可圈可点。
对话
嘉宾名片
东华大学高性能纤维制品研究室主任、材料科学与工程学院教授王华平
太仓市金辉化纤实业有限公司董事长、高级经济师谈 辉
江苏德赛化纤有限公司总经理潘鸿庆
怎么理解“超仿棉”？
王华平：到目前为止，可以说，聚酯纤维仿棉主要经历了 3 个阶段：第一阶段是从形态、形貌上仿；第二阶段是从性能上仿，比如起毛起球性等，从单个指标上来比对，有一些指标是能达到棉纤维的水平的，而有些指标则有较大差距，比如染色、光泽等；目前提到的“超仿棉”很重要的一点是要关注它的最终应用，是从功能上定位的，这样就使评价体系不以单个指标为准，是一个综合评判的过程。比如超仿棉面料开发出来后，首先看上去要像棉织物，摸上去像棉织物，穿起来也要像棉织物。另外，涤纶在某些性能或功能上确实优于棉花，因此在纤维及面料开发过程中怎么充分利用涤纶本身的优势也有很大学问。因此，超仿棉产品体系的设计应以“1＋x”形式为主，1 代表以仿棉为主，目标定位实际上是颜色、光泽、手感及基本性能上跟棉花相当，而“x”是指根据终端市场的一些应用要求进行某项或某几项功能的强化，目的是希望不仅能达到棉制面料的感官性能，同时在舒适性、功能性上也有大的提升，在这个基础上再融合一些人体工程学的设计理念，符合人性化需求。
当然在这个过程中要尽量避免棉纤维的一些固有缺陷。比如我们很关注纤维的回潮率和亲水性。从功能角度来说，一种纤维材料或一块面料的回潮率不能太高，因为太高容易影响其舒适性，因此就要提高纤维或面料的温湿度调控能力，实现吸放湿的动态效应，保证穿着者舒适。这是超仿棉涤纶很重要的一点。
谈辉：日本在20世纪80年代就提出了“新合纤”的概念，而我国“超仿棉”概念是在“十一五”发展纲要才正式提出的。虽然近年来我国化纤的总产能在全世界保持领先，但差别化率与功能性纤维的开发与世界发达国家相比还有较大差距。所有的材料都有优点和缺点，现在谈“超仿棉”涤纶，就是尽量达到棉的优点，并克服它的一些缺陷。首先是“仿”，从视觉和触觉等直接感观上，使涤纶织物在形态、光泽、手感上达到棉织物的质感；其次是“超”，从特性和功能诉求上，一方面保留棉织物的优点，另一方面从改变棉在应用上的局限和缺点入手，最终实现棉所无法达到或满足的功能。
潘鸿庆：“超仿棉”聚酯纤维有两层意思，一是作为化纤，在某些功能上是否可以超越棉花，二是在舒适性方面却超级像棉花的化纤。如果将其定义为全面超越棉花的化纤，从技术角度来说还不成熟，但在功能性方面完全可以利用物理或化学改性实现对棉花的超越。当然棉花是目前舒适性最好的纤维，化纤要超越它还有一大段路要走，这也是世界性的难题。
从企业角度怎样完善超仿棉聚酯的产品开发及应用？
谈辉：从加工层面上来说，这是一个化学与物理过程在纤维上共同作用的过程；从应用层面上说，需要整个产业链协同合作，只有发挥好各自的优势和强项才能完成。目前太仓金辉已经同织造、印染后整理、服装等产业链下游行业开展了紧密合作，并按终端用户的要求逐步改进。
进入21世纪以来，尤其是随着中国经济全球化进程的深入，所有行业都面临着一个超竞争时代的来临，有序健康的竞争才会带动和促进行业的进步和产业的快速发展。
潘鸿庆：2010年棉价已突破 3 万元/t，预计今后将长期稳定在 2 万元/t以上，这给化纤企业带来了机会也提出了新的要求。比如在家纺行业，一些不跟皮肤直接接触的产品，使用化纤是完全没问题的，而在与皮肤接触类的家纺产品当中，怎么解决化纤产品舒适性是个重要课题。事实上，化纤和棉花并不是单纯的竞争关系，关键是怎样优势互补。20世纪70、80年代的混纺产品以涤纶为主，棉花为辅，比如涤/棉（70/30），后来为了解决舒适性的问题，把棉花含量提高了，变成棉/涤（70/30）。
可降解塑料的定义范文5
生物技术就是运用生物处理知识和生物体的特性来解决问题和制造有用的产品。能够使用生物制剂（有机物、细胞、细胞器、分子）来获得所需要的产品或者提供服务的知识称为生物技术，包括基础科学（分子生物学、微生物学、细胞生物学、遗传性、基因组学、胚胎学），应用科学（免疫学、化学和生物化学技术）和其它技术（计算机技术、机器人技术和过程控制技术）。生物技术影响不同的生产领域，提供了新的就业机会，提供了植物抗病，生产生物降解塑料、生物燃料，对环境少污染的工农业生产和环境生物治理的方法。目前，在工业上使用生物技术方法（生物催化和生物转化）有所增加。经济合作与发展组织研究也表明生物技术在工业上的应用增加。在案例研究中，70%以上使用了酶法工艺，从而使费用降低了9%~90%，并且节省了自然资源。
2酶
酶是有机物质，一般称为催化多种化学反应的生物催化剂的蛋白质，酶广泛应用于洗涤剂、食品、医药、精细化工等行业。它们是制得重视的物质，其显著的高效性和催化能力，明显优于合成催化剂。高特异性的酶取决于它的尺寸和产生与底物亲和区的三维构象。从巴斯德以来的研究表明，尽管和其他物质同样受到自然法则的支配，酶在一些重要方面却不同于普通化学催化剂，具体包括如下几个方面：更快的反应速度，温和的反应条件，特异性强和可调控能力。几乎所有的细胞代谢反应都是在酶的催化下进行的，这些反应是所有生物体代谢的基础，为工业生物催化更高效和经济提供了极大可能。现有的酶种类估计有6000~7000种，其中3000种酶具有生物学功能，但是应用于工业中的酶仅有130种左右，或为游离酶，或作为细胞的一部分。由于微生物酶比同种来自植物或动物的酶更稳定，因此大部分工业用酶源于微生物。至少有3000种酶是由嗜温微生物分离得到的。酶的分类如表1所示。
2.1酶的应用
酶的应用与全球市场有明显的关联，可以分为工业用酶和医用酶\分析酶和科技用酶。在生物科技领域内，尤其是工业用酶作为最主要的应用酶。过去十年，与科学和技术密切相关的酶的应用变得包罗万象很难对它准确定义。然而，如图2所示，生物技术无疑包括微生物学、生物化学、基因工程以及材料的化学及生物化学处理过程。在这些使用的制剂中，酶常常用来改善工艺，并且使新原料得以使用，从而提高它们的物理和化学特性。酶的应用非常广泛，在食品、农业、造纸、皮革和纺织工业等行业的应用显著节约了成本。有作者认为，酶的应用是工业可持续发展的重要组成部分。生物治疗技术需要使用生物制剂（例如：活的微生物或酶）对被环境中污染物的污染进行去除、转化或去毒，通过自然过程将污染物转化为毒性较低的物质形式。2.1.1酶在皮革清洁化生产中的应用生物技术在制革业的中应用已经有很多年了，但是大部分酶制剂在这一领域没有足够的特异性。目前，生物方法在浸水、脱毛、软化和脱脂过程中取得了一定的成功。在浸水、脱毛或浸灰过程中用酶取代化学品和电力这一小“投资”，能够相当大的节约能源和减少二氧化碳的排放量。也选用生物技术处理废水和固体蛋白废物。在皮革生产过程中的浪费高达50%。最好的清理方法是恢复具有商业用途的蛋白质的可溶性。酶可降解未鞣制的和鞣制的皮革固体废弃物。酶在原料皮加工过程的应用如下：（1）蛋白酶蛋白酶是水解蛋白质和肽的一类酶。碱性蛋白酶最初作为洗涤剂的添加剂，是具有生理和商业价值的一类酶。在蛋白质的水解和裂解中扮演着特殊的角色。芽孢杆菌是碱性蛋白酶的主要来源，广泛应用于各行业。碱性蛋白酶的生产一般采用液态培养。每种微生物在其特定的条件下有酶的最大产值。碱性蛋白酶能够通过催化水解破坏蛋白质的肽键和清除清蛋白和球蛋白等非纤维蛋白。目前已尝试设计一种不浸酸环保型植物鞣法，使用蛋白水解酶来提高植物丹宁的利用率。这一方法使丹宁的利用率超过95%，比传统的植物鞣法提高了10%。酸性蛋白酶用于帮助植物鞣剂扩散，达到更好的利用。在皮革的抗张强度和延伸性方面，传统生产和酶法生产没有明显的区别。（2）角蛋白酶角蛋白是生皮、头发、羊毛、指甲和羽毛的主要结构蛋白。在表皮和骨骼组织蛋白质形成刚性纤维。羽毛中包含90%以上的角蛋白。角蛋白酶在生物技术工程中有很多应用：可用于原料皮脱毛，洗涤剂和肥料的生产，动物饲料和化妆品，工业废弃物的降解和生产可生物降解的薄膜。动物和植物不能有效的水解角蛋白。角蛋白是一种非常稳定蛋白质，但是某些真菌、细菌和放线菌在细胞内外产生的角蛋白酶可催化其水解。有关分析表明，角蛋白酶可作用许多可溶性和不可溶性的蛋白底物。（3）脂肪酶目前大部分脂肪酶来源于真菌和酵母菌，但是细菌脂肪酶和来自于其他微生物的脂肪酶在高温和恶劣条件下更为稳定而量在增长。主要来源于微生物的脂肪酶催化水解甘油三酸酯为游离脂肪酸和甘油。研究了用黑曲霉生产脂肪酶，并且测得了细胞外脂肪酶的特性（最佳pH和温度，稳定性和去除橄榄油的能力）。脂肪酶可溶于水并且在消化代谢中扮演着重要的角色。在皮革生产中，脂肪酶作用于脂肪、肉的脂类、油脂和皮腺产生的油。脂肪酶用于脱脂和脱毛过程。脂肪酶与表面活性剂使用脱脂效果更好。当脂肪酶和蛋白酶结合用于复鞣、去除油脂和污垢，皮革可能获得更为均匀和鲜艳的颜色。使用脂肪酶能够减少皮本身油脂脂肪带来的色花，减少皱纹和其它类型的变色。（4）淀粉酶淀粉酶可使淀粉分子降解并且在自然界中分布很广。淀粉酶在工业上有很重要的生物技术应用，比如在纺织、纸浆和纸、皮革、洗涤剂、啤酒、面包、婴幼儿谷类食品、饲料、化工和制药业以及淀粉的液化和糖化等方面的应用。这些酶来源广泛，可从植物、动物和微生物获得，通常微生物酶的工业需求最大。大部分微生物淀粉酶可作为商业用途和水解淀粉。在皮革生产中，淀粉酶常常用来打开皮革的纤维结构。（5）胶原酶胶原酶来源广泛，是一种金属蛋白酶。胶原酶的动力学模型取决于它们的来源。在-Gly-Pro-X-Gly-Pro-X序列中，细菌胶原酶优先打开Gly-X键（X是一种天然氨基酸）。鞣制后的胶原蛋白（用鞣剂交联）有抗胶原酶的作用；这种酶不能水解铬鞣皮革，但能打开皮革的纤维结构。已有研究表明胶原酶来源于几种微生物，但对降解和水解主要由胶原蛋白组成的皮革很困难。细菌胶原酶应用于皮革染色。使用这种酶能够获得更柔软的皮革，并且保持变皮革的强度不变。表2总结了一些酶在皮革生产中的应用。2.1.2在皮革生产中酶的活性评估在皮革生产过程中，除了掌握不同特性的酶在皮革生产多方面的应用，定量评估酶对原皮的作用也非常重要。最新文献探讨了用光学显微镜或/和电子显微镜对蛋白质、原纤维蛋白（葡萄胺多糖和蛋白聚糖）、羟脯氨酸的定量测定，以及评估粒面质量。酶促反应的效果决定成品革的力学强度。葡萄胺多糖又称粘多糖，是由糖醛酸和六亚甲基四胺（葡萄糖胺或半乳糖胺）聚合而成的线性高分子碳水化合物。最常见的葡萄糖胺是透明质酸。硫酸皮肤素在准备工段被部分去除，它与打开纤维结构密切相关。有效去除硫酸皮肤素有利于打开纤维结构便于化学品渗透，并提高得革率；但是过量的去除硫酸皮肤素会导致皮革松面和强度差。蛋白多糖是一种结合在葡萄糖胺上的细胞外蛋白。主要的蛋白多糖是核心蛋白聚糖，由单链的硫酸皮肤素和多肽链组成。有效的去除蛋白多糖对提高皮革的柔软性和柔韧性非常重要。去除纤维间质如蛋白多糖和氨基多糖是传统制革浸灰和软化过程的前提。用蛋白酶软化皮革有利于去除纤维间质。一些学者研制了一套方法来判定浸灰和软化过程中这些蛋白质的去除情况。这些方法包括根据标准浓度曲线，通过计算硫酸软骨素的浓度来确定葡萄糖胺的浓度，由粘蛋白的量确定蛋白多糖的浓度。羟脯氨酸是胶原有的一种氨基酸，在其他蛋白质中不曾发现。在胶原结构中最常见的氨基酸有羟脯氨酸（11.28%），脯氨酸（11.77%），甘氨酸（33.43%），丙氨酸（11.97%）和精氨酸（5.04%）。哺乳动物的皮中每100g胶原中含有13.45g羟脯氨酸，然而鱼皮中每100g胶原中含有7~9g羟脯氨酸。基于此，在皮革生产过程中，根据羟脯氨酸的含量用来确定原料皮的胶原含量和生产过程中不希望释放的胶原量。除了分析纤维间质，还可通过皮革的抗张强度、延伸率和撕裂强度来评估酶在皮革生产中各工序的应用效果。
2.2微生物酶的分离和筛选
搜索一种新的酶始于自然界中的微生物。研究者从热带森林到冰川地区收集不同气候条件下的土壤样品并对其进行检测。酶的获取途径非常广泛。大部分酶主要来源于动物、植物和微生物。大部分工业用酶来自于微生物。微生物酶比来自于动植物的酶在数量上更有优势。这些优势主要表现于：a.微生物比动物和植物生长更快。b.酶仅仅是动植物体很微小的一部分。因此，酶的大规模生产需要大片的土地和大量的动物。这种限制使得动植物酶非常昂贵。微生物酶不受这些方面的约束，想生产多少就能生产多少。c.微生物酶比动植物酶更稳定。d.由于微生物在自然界中种类的多样性，因此最大的优势就是能够生产各种类型的酶。e.基于对微生物基因基础的研究和了解从而控制其生理功能，可以人为操纵微生物产生某些代谢产物，包括酶。在酶的生产中，第一步就是分离和筛选微生物，也就是分离特定的菌株从而获得所需要的酶，如图3所示。为了达到要求，需要对不同的菌株进行精细选择和测试以鉴定这些菌株，从而获得所需特性的菌株。目前，已经开始研究几种新型酶。外来微生物（比如极端微生物）是酶的重要来源。生物体以pH值的不同而分布不同。众所周知微生物接近中性的pH条件下繁殖。当偏离接近中性条件时，微生物的数量减少。标准做法就是将许多微生物置于大量含有培养基和琼脂平板上培养，如图4所示。分离微生物的典型方法就是使用后续金属保护层，筛选理想特性的微生物。然后，微生物在特种媒介中生长，使用合适的基质如脱脂牛奶或酪蛋白、淀粉、三丁酸甘油酯或黄油来测定蛋白的水解和脂肪的分解活力。选择那些分离出来的具有很强活力的菌株，然后用恰当的方法保存备用。生产应用于皮革生产用酶（包括蛋白酶，角蛋白酶，胶原酶）的微生物，可根据各种微生物栖息地如制革厂的污泥、废弃物和污水中分离出来。Ogino等分离出来的76种微生物能够在中性pH条件下降解制革废水，23种微生物能在碱性条件下降解制革废弃物。文献中通常使用含有琼脂和蛋白质的培养基来获得蛋白水解酶。最常用的蛋白有酪蛋白，脱脂牛奶和磨碎的羽毛。蛋白水解活性检测是通过底物消耗在周围出现一个透明环，就表示有蛋白酶产生。
2.3酶的生产和微生物的营养大部分酶通过水中培养获得，但有些酶通过半固体培养基生产。
2.3.1半固体培养基这种类型的培养基通常用于真菌微生物培养，在低湿度和通风性良好的条件下能够获得较高的酶产量。通过空气循环的方式将温度维持在30℃左右。生产周期一般为30~40h，但有时会持续长达7d。最佳产量取决于抽样和对酶产量的评估。2.3.2水基培养大多数酶的生产是在生物反应器中通过水基培养来实现的。该培养基包含足够的碳源、氮源、金属和微量元素等微生物生长所必须的营养物。然而，在某些情况下适宜微生物生长的培养基并不有利于所需酶的生产。温度和pH值必须适合每种生物体。酶的生长、酶的生产以及酶的稳定性所需的温度和pH值，每种酶都不尽相同。培养温度通常由三个因素决定。如果微生物生产酶是需氧的，则氧气需氧量较大，因此水基培养中需要通气和搅拌。微生物必须在适宜条件下培养才能够提高酶的产量。提高蛋白酶产量和有助于细胞生长的培养条件明显不同。在碱性蛋白酶的工业化生产中，需要高浓度的复杂碳水化合物、蛋白质和其他培养基组分。为了开发一种经济又切实可行的技术，研究者在以下几个方面展开了研究：（a）提高碱性蛋白酶的利用率；（b）最佳生产条件；（c）使用廉价的培养基。在大多数生物体中，有机和无机氮源会代谢产生氨基酸、核酸、蛋白质和其他细胞组分。碱性蛋白酶中氮含量高达15.6%，并且它们的生产取决于培养基中碳源和氮源的供应。虽然复杂的氮源通常用于碱性蛋白酶的生产，不同的生物体对氮源的需求量也不同。有研究者发现，当糖（如乳糖、麦芽糖、蔗糖和果糖）用于微生物的培养时，碱性蛋白酶的产量会提高。各种有机酸（如醋酸、乙酸甲酯、柠檬酸或柠檬酸钠）有利于碱性蛋白酶的生产。在某些情况下，酶的生产需要二价金属离子（钙、钴、硼、铁、镁、锰）。在大多数研究中，钾的来源主要是磷酸钾。磷酸盐用作培养基的缓冲剂，但是过量会抑制细胞的生长和酶的产生。总之，微生物和其他生物一样需要营养物质。以下是影响微生物营养最重要的因素。真菌和大多数细菌均为化能自养型微生物，通过适宜底物的氧化反应来获取能量。无机营养微生物氧化无机化合物来获得营养，而有机营养菌氧化有机化合物获得营养。第一组中包括氧化硫产生硫酸的细菌。第二组包括真菌和相当数量的细菌。2.3.3碳源对于自养型微生物来说，主要碳源是二氧化碳和碳酸氢钠，能够以此合成机体所需要的全部有机组分。大多数细菌为异养型，需要有机碳源；有机碳源一般有碳水化合物、氨基酸、脂类、醇类和淀粉及纤维素类聚合物。实际上，一些微生物能够利用一些天然有机物和人工合成的化合物。微生物的多用途性非常重要，使微生物的应用更广泛地向有利的方向转变。2.3.4氮源微生物对氮的需求分为三类。一些细菌可直接吸收大气中的氮并转化为有机氮。许多真菌和细菌几乎完全使用无机氮化合物特别是铵盐，偶尔也使用硝酸盐。真菌和一些细菌需要以各种氨基酸为代表的有机氮源的氮。通常，蛋白质的水解或和氨基酸能够促进大多数异养微生物的生长。2.3.5重要的无机离子除了碳和氮，微生物还需要大量无机化合物中的其他元素。一些称为大量元素，机体需求量很大，另外一些称为微量元素，机体需求量很少。大量元素中的磷一般以磷酸盐形式存在，对机体的能量代谢和核酸的合成非常重要；硫是合成氨基酸（比如半胱氨酸）和维生素（比如维生素H和维生素B1）所必需的；钾作为酶的激活剂和渗透压的调节剂；钾是孢子形成中重要的胞外酶的激活剂；铁是合成某种细胞色素和颜料所必需的。由于微量元素的研究很困难，所以微量元素的作用并不确切。然而，在一些特例中证实铜、钴、锌、猛、钠、硼以及其它微量元素是微生物生长所必需的元素。2.3.6生长因子生长因子是特殊生物体不可缺少的，且其自身不能合成的有机化合物。生长因子必须在培养基中才能促使有机体的生长。许多生长因子是维生素，尤其是维生素B类，也有些生长因子是氨基酸和脂肪酸。2.3.7水水不是营养物质，但它对微生物生长是必须的。因为大部分营养物质是在溶液中通过细胞质的膜吸收的。由于水的比热容高和热调节性好，水对调节渗透压有重要作用。3.3.8大气中的氧和水一样，大气中的氧也不是营养物。微生物根据周围游离氧的数目进行不同的生命活动；好氧菌需要游离氧，但是有些好氧菌是微需氧的，对氧的需求量很少，不能忍受正常大气中的氧。相反，厌氧型微生物在游离氧条件下会很快死亡，然而兼性厌氧型微生物能同时在有氧和无氧条件下存活。
2.4酶动力学
酶动力学是酶学的一部分，主要研究酶促反应速率及其影响因素。酶动力学研究主要是评估酶的产量和单位时间内底物的消耗量。酶促反应可用方程（1）来表示，可分为两个反应，一个是生成酶和底物的复合物反应，另一个是进而生成产物和酶的反应。E+S圮ES圮P+EE、S、ES和P分别代表酶、底物、酶和底物的复合物和产物。根据这个模型，当底物浓度足够高时，酶全部转换为酶和底物复合物的形式，第二步会受到抑制，并且随着底物浓度的增加，反应速度不变。酶促反应速度取决于酶浓度和底物浓度。理论上，在催化、合成和裂解反应过程中同一种酶可反复利用多次。在实践中却受到了很多限制。酶是一种复杂而敏感的生物分子，酶所处环境的温度、酸碱性、微量金属离子或某些抑制剂都会影响酶活力。一些影响酶催化活力的因素如下：（1）pH值酶处于最佳pH值时，酶分子上的电荷分布和酶的催化位点都有助于酶的催化。（2）温度大多数酶都有其最适温度；最适温度取决于分离出酶的微生物。一些微生物的最适温度接近室温，这些微生物分离出来的酶在30~40℃活性最大。温度太低，分子移动减慢导致反应速率下降；温度太高，分子移动速度非常快，酶很难维持其空间结构并发生变性，从而导致酶失活。温度升高，反应速度加快，当达到最适温度后，反应速度减慢。（3）变性维持蛋白质功能的结构遭到破坏称为蛋白质变性。不仅仅高温导致蛋白质变性，其他能够破坏化学键的环境因素也会导致蛋白质变性。此外，极端pH值会使官能团质子化或去质子化，使酶活力丧失。洗涤剂和非极性溶剂能够改变蛋白质的结合和相互作用，进而引发变性。在大多情况下，变性是一个不可逆过程。（4）酶的抑制作用许多物质能够与酶可逆结合而改变其活力。众所周知，能降低酶活力的是抑制剂。1）抑制剂不同抑制剂的作用机理不同。一些酶抑制剂结构与酶相似，与酶不反应或反应很慢。这些类型的抑制剂可分为两类：①竞争性抑制剂这类抑制剂能竞相争夺酶分子上的活性结合位点，并且降低用于结合底物的游离酶浓度。当底物浓度升高，也就是游离酶抑制剂所占比例下降，会引发抑制活动的下降。这种抑制剂通常和底物与酶的特殊活性位点结合类似。然而，它和酶与底物结合大不同，它不发生反应。②非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂能够改变酶分子上的活性位点，使酶丧失催化活性。非竞争性抑制剂和底物不一样，提高底物浓度并不能使抑制剂活性降低。2）变性假如一种抑制剂与酶不可逆结合，称之为灭活剂/变性剂。
2.5酶抑制剂在原皮保藏和皮革加工中的应用
浴液中盐和其他化学品的使用会干扰酶的活性，因此应在工业过程中避免此类损失。表3展示了不同化学品对酶活性的影响，由Dettmer等报导。硫酸钠和表面活性剂对部分酶产生抑制作用。EDTA、脂肪醇、纯碱和氢氧化钙对酶的活性的影响没有太大的差异。Dettmer等研究表明，皮革生产过程中传统脱毛与酶脱毛过程相比，酶脱毛技术是降低生产污水污染负荷的理想选择。酶解过程能够降低COD、BOD、氮和硫化物的水平并且能够大幅度的缩短加工时间，从之前的20h缩短到6h，但要准确把握酶脱毛的时间，避免对皮革造成损害。一些学者指出酶脱毛工艺能获得与传统脱毛工艺品质相同的皮革。这两个工艺的皮革产品的抗张强度、撕裂强度、铬含量与收缩温度都基本相同。Dettmer等通过定量测定去除纤维间质来评估酶脱毛过程中酶的效率，此外，通过测定废水中羟脯氨酸的含量评估酶对胶原蛋白的破坏作用。有人发现在脱毛过程中酶残余的活性可回收再利用。
3结论和展望
