前言

生物質(zhì)是指動(dòng)植物和微生物中存在或者代謝產(chǎn)生的各種有機(jī)體，比如糖類、纖維素以及一些酸、醇、酯等有機(jī)物。生物基纖維是指由這些生物質(zhì)制成的纖維，根據(jù)原料來(lái)源和生產(chǎn)過(guò)程基本可劃分為生物質(zhì)原生纖維、生物基再生纖維、生物基合成纖維三大類。

生物質(zhì)原生纖維是用自然界的天然動(dòng)植物纖維經(jīng)物理方法處理加工成的纖維，常被稱為天然纖維。棉、麻、絲、毛作為傳統(tǒng)的四大天然纖維，見(jiàn)證了人類掙脫蒙昧，由茹毛飲血開(kāi)始發(fā)展成為能夠制作工具，學(xué)會(huì)捕獵、采集、種植和建造等技巧，最終進(jìn)化成為具有復(fù)雜社會(huì)形態(tài)和浩瀚文化傳承的生物群體的波瀾壯闊的發(fā)展歷史。遠(yuǎn)古智人偶然發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物的皮毛和植物纖維鞣制編織之后的織物穿在身上可以御寒，于是有了最早的麻和毛的“服裝”。現(xiàn)代考古發(fā)現(xiàn)，7000多年前印度河流域的人類就已經(jīng)成功種植棉花和紡織棉織物；公元前5000年，亞麻已經(jīng)成為古埃及的主要服裝面料；美索不達(dá)米亞平原的古巴比倫人使用綿羊的羊毛作為紡織面料；而在石器時(shí)代的末期，中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始了養(yǎng)蠶、抽絲和織綢，漢唐時(shí)期東西方貿(mào)易、文化和技術(shù)交流的頻繁和深入，讓中國(guó)絲綢隨著“絲綢之路”大量遠(yuǎn)銷到中亞、西亞、地中海和歐洲，舉世聞名。

天然纖維作為衣物面料已有幾千年的歷史，至今仍廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代服裝制品中。然而，現(xiàn)代化學(xué)纖維合成和制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)的天然纖維市場(chǎng)造成了巨大的沖擊。19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，歐洲人為仿制昂貴的絲綢開(kāi)始了人造化學(xué)纖維的探索發(fā)展道路。早期研究和生產(chǎn)的硝酸纖維等都各自因其某些缺陷，如纖維強(qiáng)度低或者生產(chǎn)成本過(guò)高未能得到推廣應(yīng)用。直到20世紀(jì)30年代左右，隨著有機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)的發(fā)展，一些性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低廉且生產(chǎn)穩(wěn)定高效的化學(xué)纖維應(yīng)運(yùn)而生，如滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、氨綸等，它們被合稱為合成纖維，都擁有著各自的優(yōu)異性能特點(diǎn)，比如滌綸彈性好，強(qiáng)度高，耐磨不易變形；錦綸貼身附體，強(qiáng)度和耐磨性居所有纖維之首；腈綸手感柔軟，蓬松卷曲，酷似羊毛，被稱為“合成羊毛”；丙綸質(zhì)輕、抗酸堿，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域；氨綸彈性高、回復(fù)率好、保型性好，用于健美服、高端彈力面料。這些化學(xué)纖維的性能往往比天然纖維高，且成本低廉，常純紡或者與傳統(tǒng)天然纖維混紡、交織，應(yīng)用于各種織物面料中，目前其總用量已經(jīng)大大超過(guò)傳統(tǒng)的天然纖維。

然而，化學(xué)纖維的大量使用也給當(dāng)前資源、環(huán)境帶來(lái)了一系列問(wèn)題。首先，化學(xué)纖維的原料來(lái)源于石油，石油是一種不可再生的資源，并且目前由于過(guò)度開(kāi)采，石油儲(chǔ)量急速下降，已經(jīng)出現(xiàn)了“能源危機(jī)”；此外，化學(xué)纖維是相對(duì)分子質(zhì)量成千上萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)的高聚物，天然界中幾乎不存在能夠分解它們的動(dòng)植物或者菌類，在自然環(huán)境下它們的廢棄物被直接排放到自然界中，對(duì)自然界原有的循環(huán)系統(tǒng)造成毀滅性的影響。目前，還缺少能夠完全處理這些化學(xué)纖維廢棄物的方法，放任不管會(huì)造成“白色污染”和“海洋污染”，傳統(tǒng)的處理方法均沒(méi)有非常好的效果，直接填埋會(huì)造成土地和水污染，堆肥環(huán)境下難以被降解，而燃燒又會(huì)產(chǎn)生污染性氣體。

在當(dāng)今“保護(hù)環(huán)境、杜絕污染、構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)”的大背景下，高分子材料科技工作者正孜孜不倦地努力研究和發(fā)展各種可再生、無(wú)污染、可降解的纖維。研究人員從自然界中無(wú)污染的天然纖維上得到啟發(fā)，結(jié)合現(xiàn)代高分子化學(xué)的技術(shù)手段，利用生物體內(nèi)存在或者代謝產(chǎn)生的一些高分子物質(zhì)，研究開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的生物基合成纖維和生物基再生纖維。這些生物基再生或者合成纖維具有和天然纖維一樣，來(lái)源廣泛，無(wú)污染和可降解的特性，且各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值。比如利用生物質(zhì)原料（如淀粉、糖、纖維素）經(jīng)生物發(fā)酵生產(chǎn)乳酸、再經(jīng)聚合生產(chǎn)聚乳酸及其纖維，在具有可再生、無(wú)污染、可降解特點(diǎn)的同時(shí)，還具有非常好的生物相容性和一定的抑菌性，可以用于制造可吸收手術(shù)縫合線和一次性醫(yī)療衛(wèi)生用品。又如用海洋中蘊(yùn)含量巨大的海藻提取物制備的生物質(zhì)再生纖維，來(lái)源廣泛、環(huán)保無(wú)毒，還具有能夠吸附金屬離子和防輻射的特殊性質(zhì)。我們相信，這些安全環(huán)保和具有特殊性能的生物基纖維，一定會(huì)在未來(lái)得到廣泛應(yīng)用，替代石油基化學(xué)合成纖維，在各大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域大放異彩，給這個(gè)世界帶來(lái)綠色與健康。

本書(shū)闡述了近十幾年來(lái)各種生物基纖維的研究現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展方向，特別是各種生物基纖維的性能特點(diǎn)、制備工藝以及應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)生物基纖維的開(kāi)發(fā)具有一定的啟迪和幫助。本書(shū)力邀生物基纖維研究領(lǐng)域的各位專家學(xué)者共同執(zhí)筆，集眾家之長(zhǎng)，打造出一本適合生物基高分子材料及其相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)人員、管理與生產(chǎn)技術(shù)人員、材料應(yīng)用者等閱讀，也適合高分子材料科學(xué)與工程相關(guān)專業(yè)的師生參考使用。本書(shū)由任杰擔(dān)任主編，孫玉山、程博聞、李乃強(qiáng)擔(dān)任副主編，趙慶章、顧書(shū)英擔(dān)任主審，陳文興、葉光斗、蘭建武、姚菊明等參與了編審。具體編寫(xiě)分工如下：第一章由任杰負(fù)責(zé)編寫(xiě)，錢程、曹建達(dá)、傅忠君等參與了編寫(xiě)；第二章由孫玉山、程博聞負(fù)責(zé)編寫(xiě)，程春祖、蔡劍、張東、黃偉、李婷、周運(yùn)安、宋俊、尹翠玉等參與了編寫(xiě)；第三章由陳龍負(fù)責(zé)編寫(xiě)，孫均芬、潘丹等參與了編寫(xiě)；第四章由夏延致負(fù)責(zé)編寫(xiě)，王兵兵、薛志欣、田星等參與了編寫(xiě)；第五章由楊占平負(fù)責(zé)編寫(xiě)，張麗、王宏等參與了編寫(xiě)；第六、第七章由徐曉辰負(fù)責(zé)編寫(xiě)，李乃強(qiáng)、秦兵兵、鄭毅、孫朝續(xù)等參與了編寫(xiě)；第八章由尹翠玉負(fù)責(zé)編寫(xiě)。此外，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院納米與生物高分子材料研究所的研究生金幸、王蛟、李一晗、花翹楚和季諾等也參與了文字排版與校對(duì)、圖表整理等工作。本書(shū)還得到了上海凱賽生物科技有限公司、安徽恒鑫環(huán)保新材料有限公司、天津工業(yè)大學(xué)研究生課程優(yōu)秀教材建設(shè)項(xiàng)目（2017—39）的支持。在此一并表示感謝！

在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，得到國(guó)內(nèi)外眾多同行的關(guān)心、支持和幫助，尤其得到了中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)王玉萍、生物基化學(xué)纖維專業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)李增俊等的悉心指導(dǎo)與幫助，在此深表謝意！

由于編著水平有限，本書(shū)在內(nèi)容的選擇和文字表述上均可能存在不足，敬請(qǐng)讀者和同行不吝指正。

任杰　于同濟(jì)大學(xué)
2018年5月