海藻纤维新技术进展与青岛海藻纤维产业发展现状及对策*

2018-07-19

产业用纺织品 2018年4期

青岛市科学技术信息研究院,山东青岛 266003

海藻纤维被业界称为“第三种纤维”，具有抗菌、可降解、可再生、无毒、无害、阻燃等特性，可广泛应用于纺织、医疗、美容、环保、军事等领域[1-2]。英国、德国、日本等发达国家纷纷进行海藻纤维技术研究及其产品开发，中国和日本对海藻纤维的研究走在世界前列。青岛具有发展海藻纤维产业的资源和技术优势，青岛大学经过10余年的研发攻关，在海藻纤维产业化关键技术上取得了突破[3]。但青岛的海藻纤维产业尚处在早期发展阶段，产业规模还十分有限，把海藻纤维产业做大做强尚有一系列问题需要解决。

1 海藻纤维技术进展

海藻纤维一般应用湿法纺丝制备。将可溶性海藻酸盐(铵盐、钠盐、钾盐)溶于水中形成黏稠溶液，然后通过喷丝孔挤出到含有高价金属离子(一般为钙离子)的凝固浴中，形成固态海藻酸钙纤维长丝[4]。海藻纤维制备工艺流程见图1。

图1 海藻纤维制备工艺流程

国外的海藻纤维研究起步时间早，1898年即有相关专利报道[5]，1944年英国发布了海藻酸钙纤维生产技术研究成果[6]，英国、德国、日本一直走在世界前列。我国的海藻纤维研究起步较晚，但后期发展迅速，20世纪90年代尚处于对国外技术的跟踪研究阶段，进入21世纪相关技术迅猛发展，2010年以来相关专利公开数量出现爆发式增长，截至2017年8月中国以1 965件公开专利居世界首位，表明我国对海藻纤维的研究已处于国际领先地位。从研究内容来看，海藻纤维的制备、吸水性、湿纺技术、抗菌、凝固浴等成为当今研究热点。

海藻纤维具有高吸湿性、高透氧性、生物相容性等优良特性，国内外学者对其性能及应用进行了大量研究。目前，海藻纤维已在医疗、保健、环保等行业广泛应用，海藻纤维医用辅料已实现产业化。国外海藻纤维生产企业主要有Coloplast、3M、Molnlycke、Smith & Nephew、ConvaTec等，目前市场上主要的海藻酸盐纤维敷料品牌有Sorbsan、Kaltostat 、Seasorb等。国内海藻纤维生产企业主要有稳健实业深圳有限公司、广东百合医疗科技有限公司、浙江越隆集团蓝海科技公司等，它们陆续推出了各自的海藻纤维敷料品牌。近30年来，海藻纤维敷料在伤口护理领域得到广泛应用，成为市场上广为认可的现代敷料之一。

因存在强度低、耐酸碱性差、生产成本高等不利因素，海藻纤维在常规纺织品上的应用范围还较窄，规模化生产还处于探索阶段。国外对海藻纤维纺织品服装的开发推广走在我国前面。据报道，1993年日本开始销售海藻纤维毛巾，2000年开始销售海藻纤维泳衣；2008年秘鲁纺织业研制出防紫外线海藻纤维服装，包括帽子、夹克、上衣、内衣和泳装[7]。在国内，中国纺织科学研究院、青岛大学和武汉纺织大学等积极开展海藻纤维相关研究。2012年，绍兴蓝海纤维科技有限公司的“功能性海藻酸纤维的工业化生产关键技术”项目通过成果鉴定，解决了工业化生产海藻酸纤维过程中存在的容易并丝、强力低、耐碱性差等技术难点，并自主设计研发了适用于海藻类纤维的规模化生产线[8]。青岛大学历经10余年的不懈探索，攻克了海藻纤维工业化生产的系列关键技术难题，于2012年铺设了年产量800 t的海藻纤维专用生产线。2016年，青岛大学夏延致团队研发的“海藻纤维产业化成套技术及装备”集理论创新、工艺技术创新、装备集成创新为一体，建成了产业化海藻纤维生产线，为海藻纤维在服用纺织品领域的发展打下了坚实基础[9]。

另外，在海藻纤维服装制品的应用上，我国纺织服装企业积极进行产业化探索。目前，国内市场上的海藻纤维制品大体上可分为纺织品、化妆品、卫生用品、医疗用品等类别(表1)，相关厂家主要分布在青岛、深圳、广州、厦门、上海、济南、佛山、温州、金华、杭州等地(表2和表3)。

表1 国内市场上的海藻纤维制品

表2 国内海藻纤维主要上中游企业

表3 国内海藻纤维主要下游企业

(续表)

2 青岛海藻纤维产业发展现状

2.1 青岛海藻纤维产业研发资源

青岛海藻纤维主要研究机构包括青岛大学和中国海洋大学两家。另外，西安交通大学青岛研究院、中国科学院海洋研究所、中国科学院青岛生物能源与过程研究所、山东省纺织纤维检验所、山东省海洋生物研究院等机构，也具备一定的研究能力。青岛海藻纤维主要人才团队包括青岛大学夏延致团队和青岛明月海藻集团有限公司秦益民(泰山学者)团队。青岛海藻纤维产业科研资源见表4。

表4 青岛海藻纤维产业科研资源

2.2 青岛海藻纤维产业创新资源

青岛拥有全球最大的海藻生物制品企业——青岛明月海藻集团有限公司，以及青岛红妮品牌管理有限公司等重点企业。依托这些重点企业建立的高端科研平台和创新创业平台，为青岛海藻纤维产业发展提供了重要的技术支撑。高端科研平台有依托青岛明月海藻集团有限公司的海藻活性物质国家重点实验室、依托青岛大学的山东省高校海洋生物质纤维新材料重点实验室、依托中国海洋大学的海水养殖教育部重点实验室等。创新创业平台包括国际合作基地、产业化基地、产业技术创新战略联盟、科技企业孵化器、科技创新中心等。青岛海藻纤维产业创新资源见表5。

表5 青岛海藻纤维产业创新资源

(续表)

2.3 青岛海藻纤维产业发展优势

2.3.1 充足的资源优势

海带是高品质海藻纤维的主要原料。20世纪60年代，青岛掀起了中国海水养殖的第一次浪潮，中国海带养殖从零开始，一跃成为世界第一。山东成为中国传统的海藻产业大省，在海藻资源、产业发展方面处于全国领先地位。在全国52家“褐藻胶”相关制造企业中，山东43家(占82.7%)，其中青岛22家(占42.3%)。丰富的海藻资源为青岛海藻纤维产业发展提供了充足的原材料。

2.3.2 显著的技术优势

青岛海藻纤维技术研发实力雄厚，拥有青岛大学和中国海洋大学等研究机构，以及夏延致、朱平、纪全、隋坤艳、谭业强等一大批顶尖专家，并形成了以夏延致和秦益民为核心的两个研究团队：青岛大学夏延致研究团队和青岛明月海藻集团有限公司秦益民(泰山学者)研究团队。青岛大学公布的相关专利和论文数量均位居世界首位：在全球排名前23位的专利申请人中，青岛有3家，青岛大学以57件专利列于榜首；在全球排名前25位的发明人中，青岛有10位，青岛大学以34件专利位居首位；从论文发表数量看，青岛大学以154篇论文排在国内首位，青岛大学的朱平、夏延致、纪全位居前列。青岛大学夏延致研究团队致力于海藻纤维产业化成套技术及装备的研发，研究成果获得2016年度山东省技术发明奖一等奖，在“纺织之光”2016年度中国纺织工业联合会科技教育奖励大会上荣获2016年度中国纺织工业联合会科学技术奖一等奖。

2.3.3 广阔的产业发展空间

青岛建立了世界最大的海藻纤维生产基地，海藻纤维年产量可达800 t，形成了从海藻养殖、海藻化工、海藻纤维制备到海藻纤维织品生产研发的完整产业链，上下游企业积极参与，呈现出龙头企业引领、大中型企业稳步发展、中小型企业持续涌现的产业发展格局。龙头企业有青岛明月海藻集团有限公司、众地家纺有限公司等，大中型企业有青岛聚大洋藻业集团有限公司、青岛红妮品牌管理有限公司、青岛海大生物集团有限公司等，以技术应用为主的中小型企业有青岛奈琦尔生物科技有限公司、青岛黄海海藻工业公司、青岛南山海藻有限公司等。

3 青岛海藻纤维产业发展面临的主要问题

虽然在科研和技术上占据领先地位，但青岛海藻纤维产业尚处在早期发展阶段，产业规模还十分有限，要把海藻纤维产业做大做强，还面临诸多问题。

3.1 制造成本较高，应用范围狭窄

海藻纤维因具有止血、防辐射等特殊功能被应用于医疗纺织品、特种纺织品等领域，成为天然纤维的优良替代品，但是受设备及工艺制约，海藻纤维的制造成本较高，这使其应用人群和应用范围受到限制，阻碍了海藻纤维的产业化进程。目前，医用海藻纤维制品多用于严重烧伤病人，普通的外伤病人还没有机会使用这样高端的医用纺织材料。海藻纤维服装产品的销售范围比较狭窄，主要集中在一、二线大城市，消费人群数量有限。所以，扩大海藻纤维在日常纺织服装产品上的应用是实现海藻纤维产业化的重要途径[10]。

3.2 质量不稳定，影响产业化进程

当前针对海藻纤维专用纺丝原料的研究还较少，以及对海藻酸专用监测及控制手段还较缺乏，这导致我国海藻纤维质量还不稳定，如纺织用海藻纤维存在强度较低、脆性大、柔韧性较差、弹性低、色泽差等问题，医用海藻纤维伤口被覆材料的抗菌性能、稳定性有待提高。这些质量问题在一定程度上限制了其应用范围，阻碍了海藻纤维的产业化发展。

3.3 产业链不完善，工业化生产设备不足

青岛关于海藻纤维产业化生产设备的研究还较少，从事海藻纤维研究的专家、学者大多不懂机械设备，海藻纤维生产多集中在中试水平。想要实现海藻纤维的连续化生产，工业化设备还不足。目前，邯郸宏大化纤机械有限公司是唯一一家能生产海藻纤维成套技术及装备的企业，但其生产能力还不能满足国内市场需求。

3.4 大规模生产存在技术和工艺障碍

青岛在海藻纤维产业化关键技术上有所突破，但在大规模生产方法和技术手段上尚有不足，比如传统湿法纺丝工艺在小规模生产中效果较好，但应用于产业化大规模生产时效果不理想，相关技术还需改进。

3.5 高端产品少，同类产品市场占有率低

青岛已开发的海藻纤维产品，多为男女式内裤和防雾霾口罩，高端产品少，同类产品市场占有率低，如青岛海蓝生物制品有限公司的“深海蓝晶”高端内衣只是小批量生产，青岛明月海藻集团有限公司的“深藻密语”卫生巾尚在产品宣传阶段，东岚高科(青岛)有限公司的海藻造纸未实现产业化，青岛奈琦尔新材料有限公司的“海之净纯”卫生巾和口罩只在淄博生产，海尔集团的海藻口罩只在上海生产。青岛生产的海藻纤维床上用品、洗浴用品、化妆品尚未形成规模，海藻纤维高档运动服、防护服、海藻绒玩具更是鲜有问津，海藻纤维战伤急救医用敷料、军事防护装备有待进一步开发。

3.6 原料供应不稳定

海带是高品质海藻纤维的主要原料，近几年由于海带种质退化、海带新品种的培育工作滞后，以及传统养殖水域空间萎缩，海带产量出现波动，山东海带总产量已不及福建，导致青岛海藻纤维原料供应不稳定，影响了青岛海藻纤维产业化进程。

4 青岛海藻纤维产业发展建议与对策

4.1 积极研发高品质海藻纤维

鼓励相关科研院所和重点企业在不断完善海藻纤维制备技术的同时，重点关注纺丝成形集成技术、海藻酸纤维载银技术和共混海藻纤维、海藻复合纤维技术等的研发，积极开展技术合作、技术引进和技术攻关，大力发展海藻纤维生产装备，不断提升海藻纤维品质。

4.2 大力发展海藻化工

制定纤维级海藻酸钠标准，并以海藻酸钠为主要产品，发展新型海藻化工，提升海藻酸钠品质，提高海藻原料利用率，积极开发海藻化工副产品，不断完善工艺规程，减少用水量，降低化工生产污水COD排放，促进新型海藻化工的可持续发展。

4.3 拓展海藻纤维应用领域

依托青岛明月海藻集团有限公司、青岛聚大洋海藻工业有限公司、青岛红妮集团有限公司等龙头骨干企业，积极推进海藻纤维制品的产业化发展，鼓励具有潜力的中小企业参与海藻纤维及其制品的研发与生产，支持海藻纤维相关技术的转移转化，重点开发高档服装及床上用品、化妆及卫生用品、防护服装及装备、高品质医用敷料等海藻纤维高端产品。