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可生物降解合成纤维

艾集智 ,  理思远 ,  吴嫦娥 ,  王拴紧 ,  孟跃中

化学进展 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (5) :698-714

PDF (14627KB)
化学进展 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (5) :698-714 DOI: 10.7536/PC240615
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可生物降解合成纤维

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Biodegradable Synthetic Fiber

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摘要

通过化学过程和微生物与酶等生物过程来生产生物可降解塑料发展迅速，在一些领域替代不可降解塑料，有利于“白色污染”的治理。纤维材料是一类通过普通材料经过特殊加工而得到的一维材料。可生物降解材料制备成纤维材料，在纤维增强复合材料、纺织品及生物医学领域的应用具有重要意义。本文针对材料可生物降解机理和生物降解合成纤维制备方法、研究现状，以及基于可生物降解合成纤维的复合材料进行评述，并对材料纺丝成型方式、说明部分生物可降解塑料与常规纤维成型方式的适用关系，并指出了生物可降解合成纤维材料发展所面临的挑战和发展前景。

Abstract

The rapid development of biodegradable plastics manufactured by chemical and biological processes，including the use of enzymes and microorganisms，makes it possible to reduce "white pollution" in specific areas by substituting biodegradable plastics with non-biodegradable ones. One type of one-dimensional material is fiber material，which is created by processing regular material in a particular way. The use of biodegradable materials in textiles，bio-medicine，and fiber-reinforced composites is extremely important. This paper reviews the biodegradable mechanism of materials，methods of manufacturing for biodegradable synthetic fiber，research status，and composite materials made of biodegradable synthetic fiber. It also describes the spinning molding techniques of materials and explains the relationship that some biodegradable plastics have with conventional fiber molding techniques. The challenges and prospects in the development of biodegradable synthetic fiber materials are also pointed out.

Contents

1 Introduction

2 Biodegradable mechanism

3 Method for preparing biodegradable synthetic fibers

3.1 Melt spinning

3.2 Solvent spinning

3.3 Electrostatic spinning

3.4 Centrifugal spinning

4 Research status of biodegradable synthetic fibers

4.1 PLA fiber

4.2 PGA fiber

4.3 PHA fiber

4.4 PBAT fiber

4.5 PCL fiber

4.6 PBS fiber

5 Biodegradable fiber composite materials

6 Conclusion and outlook

Graphical abstract

关键词

可生物降解 / 纤维 / 纺丝 / 复合材料

Key words

biodegradable / fiber / spinning / composite material

引用本文

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艾集智, 理思远, 吴嫦娥, 王拴紧, 孟跃中. 可生物降解合成纤维[J]. 化学进展, 2025, 37(5): 698-714 DOI:10.7536/PC240615
Jizhi Ai, Siyuan Li, Change Wu, Shuanjin Wang, Yuezhong Meng. Biodegradable Synthetic Fiber[J]. Progress in Chemistry, 2025, 37(5): 698-714 DOI:10.7536/PC240615

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1 引言

纤维材料是一类通过普通材料经过特殊加工而得到的由连续或不连续的细丝组成的材料，它已经成为日常生活中不可或缺的一部分[1]。固态物质的结构有简单、有复杂，如均匀简单结构的玻璃、金属、塑料等，多为人工作为的结果。其中，纤维的结构是相当复杂的，是由基本结构单元经若干层次的堆砌和混杂所组成的，并决定纤维的性质。取向度是指大分子排列方向和纤维轴向符合的程度，它是使得纤维材料拥有独特性质的关键。纤维材料与一般的材料相比，由于结构上有非常高的取向度，性能上有着各种各样的优势。例如，纤维的取向度较高时，纤维沿分子链取向方向的拉伸强度一般较高，伸长能力较小，然而在垂直于分子链排列方向强度较低，容易被破坏。此外，纤维材料还能作为填充材料来增强其他的基材，纤维的充填能有效地提高塑料的强度和刚度。两者复合得到的增强塑料中，纤维承受很大的载荷应力，基体树脂通过纤维界面上的剪切应力，将外载荷传递到支撑纤维上，从而使塑料得到极大的增强。按照化学纤维的形态结构特征，通常分成长丝和短纤维两大类。化纤长丝可分为单丝、复丝、捻丝、复捻丝、帘线丝和变形丝，不同的长丝类型是由不同的加工方式来决定的。例如，变形丝就是化学纤维原丝经过变形加工使之具有卷曲、螺旋、环圈等外观特性而呈现蓬松性、伸缩性的长丝。然而，如果化学纤维的产品被切断成几厘米至十几厘米的长度，这种长度的纤维称为短纤维。根据切断长度的不同，短纤维可分成棉型、毛型和中长型短纤维。棉型纤维的长度为30~40 mm，线密度约为1.67 dtex，纤维较细，类似棉花；毛型纤维的长度为70~150 mm，线密度为3.3~7.7 dtex，纤维较粗，类似羊毛；中长纤维的长度为51~65 mm，线密度为2.2~3.3 dtex，介于棉型和毛型之间。化纤长丝在国民经济的各个领域（纺织、工业和医学领域等）得到了广泛的应用，而短纤主要应用于纺纱制线、填充和非织造[2-3]。

纤维材料根据其降解性能可以分为可降解纤维和不可降解纤维，常见的不可降解纤维如涤纶、锦纶、腈纶、维伦、丙纶等，它们在抗拉强度、弹性模量和断裂伸长率等方面的优势是可降解纤维不可比拟的。除此以外，它们还有各自的特点，例如涤纶纤维大分子结晶度、取向度高，弹性好不易起皱，保形、耐光、热性好，洗涤后快干免烫；锦纶纤维纵向平直光滑，有优良的耐用性，又有良好的防水防风性能；腈纶纤维具有特有的热延伸性，腈纶纤维手感柔软丰满，易于染色，色泽鲜艳。然而，不可降解纤维会给环境带来无法逆转的伤害，可降解纤维逐渐成为人们研究和开发的热点[4]。可降解纤维按照主要成分分为天然纤维和合成纤维，目前研究较多的可降解纤维主要包括纤维素、甲壳素、淀粉、蛋白质、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚羟基乙酸（PGA）和聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）纤维等，其中只有纤维素、淀粉、PLA作为纤维的应用目前已有较大规模商用。天然纤维是自然界存在和生长的、具有纺织价值的纤维，是纺织工业的重要材料来源之一。天然可降解纤维按成分主要可分为纤维素纤维、甲壳素纤维、淀粉纤维和蛋白质纤维等。其中纤维素是地球上最丰富的天然聚合物之一。由于其立体规则的间规构聚合物，并且具有高度有序的分子和超分子结构。纤维素纤维不仅具有巨大的纤维比表面积和天然的亲水性，而且有着高强度、高韧性以及较强耐酸碱性能，优点颇多。因此，纤维形式的纤维素和纤维素衍生物可以有许多应用（图1），如食品包装、药物输送、生物医学材料、传感器和过滤膜等[5]。此外，甲壳素纤维、淀粉纤维和蛋白质纤维也广泛应用于食品包装和生物医学领域。天然纤维的加工性能并不是很好，不能通过熔融纺丝进行成型，绝大多数的天然纤维都是通过溶液纺丝或者静电纺丝得到的[6-8]。天然纤维虽好，但是还不能满足社会的所有需求，所以可降解的合成纤维也是必不可少的。对于合成纤维PLA来说，它能够广泛应用，主要在于良好的吸湿性、保暖性、阻燃性、抑菌性和回弹性等，并且强度也能够达到使用的要求，但是韧性不足，限制了其应用。其余的可降解纤维都是因为在各种性能上有不足所以被限制了应用，例如PBAT纤维的强度远远不足、PGA的降解速率太快等。此外，PBS纤维由于其在力学性能和热性能方面优于PLA纤维，并且有更好的加工性能和生物降解性，被认为有极大的商用价值[9]。

本文不仅解释了生物可降解机理，还将市面上一些生物可降解塑料制造成纤维的研究情况进行了阐述。对于现有的制造纤维的方式方法做了一定的总结，不同的生物可降解塑料由于性能差异需要采用不同的纺丝方式。此外，通过将聚合物基质与可生物降解纤维混合形成纤维增强复合材料，可以扩大纤维的应用范围，目前的研究主要集中于天然纤维增强复合材料。

2 生物可降解机理

聚合物的生物降解被描述为在好氧和厌氧环境中微生物的影响下，在诸如光降解、氧化和水解等非生物化学反应的帮助下，其物理和化学特性的恶化以及其分子质量的降低，从而产生CO2、H2O和CH4以及其他低分子量产物[10-11]。最为主要的是，生物降解常常伴随着微生物的酶和代谢活动，以生物手段分解聚合物。但是实际上聚合物的生物降解其实是由于自然界中生物和非生物因素协同作用的结果。生物可降解聚合物暴露在室外条件下（如天气、老化或掩埋），受到机械、化学、光、热等形式的影响，或多或少会发生一些变化，这些非生物的影响有助于启动生物降解过程[12]。

目前，生物降解聚合物的生物降解机理主要有三种：（1）物理降解：聚合物被微生物侵蚀后，由于细胞的生长而被破坏；（2）化学生物降解：聚合物在微生物的生物酶直接作用下，腐蚀聚合物链导致解聚。聚合物的生物降解由微生物酶催化，包括四个主要阶段：i）生物退化[13]，ii）生物破碎[14]，iii）同化[15]和iv）矿化[16]（图2）；（3）微生物与聚合物之间的相互作用形成新的大分子。聚合物的降解通常不是通过单一的机制，而是通过生物物理、生化和物理化学机制的复杂结合。在生物降解过程中，酶的作用也占有关键地位。当微生物的活性酶分泌并渗透到聚合物链的活性位点时，大分子链上发生水解反应，可能断裂成短链或更小的分子。研究结果发现微生物酶倾向于分解聚合物结构，如酰胺、烯胺、酯、尿素、氨基甲酸乙酯等键[17]。

除了在自然环境中生物降解外，可降解塑料还能够在人体内降解。可降解生物高分子在体内的降解过程主要包括以下阶段：首先是水合作用，在范德华力的影响下，氢键破裂引发初步反应，大分子在分子间作用力下，链结构打开、舒展，使整体结构更易进行后续分解反应。其次是强度损失，分解菌分泌的降解酶等物质使高分子链破裂，大分子链断裂成若干短链分子，材料强度降低。最后是分解为小分子，因交联强度降低，高分子链进一步破裂分解，最终生成无污染的水、二氧化碳等小分子物质，这些小分子产物经新陈代谢后被吸收或排出体外。

3 生物可降解合成纤维的制备方法

3.1 熔融纺丝

熔融纺丝，是以聚合物熔体为原料，利用熔融纺丝机进行的一种成型方法。凡加热能够熔融或转变成黏流态而不发生显著降解的聚合物，均可采用熔体纺丝法进行纺丝。熔融纺丝同时也是一种广泛使用的、可持续的、具有成本效益的方法，用于从热塑性聚合物生产人造纤维和长丝。该过程（图3）涉及将聚合物颗粒或粉末送入单螺杆挤出机，在那里它们被熔化和加压混合。在某些情况下，母粒可以通过侧挤出机添加，用于特定的应用，如掺杂染色纱线[19]。熔体计量泵用以确保一致的吞吐率。自旋组件包括聚合物过滤和分布组件以及喷丝器，负责形成具有所需特性（如数量和截面）的长丝。这是至关重要的设计挤出和纺丝线的方式，以防止熔体停滞，这可能导致聚合物降解和间歇放电。离开喷丝板后，挤出的熔体细流要么直接进入淬火室，要么水浴固化。长丝经过冷却，然后进行拉伸，以诱导或提高结晶度。加热导丝板或通过热板或拉伸炉可以提高导丝的拉伸性能。最后，用卷取机将长丝卷绕到筒管上或收集成短纤维。

熔融纺丝对于聚合物的熔体强度、熔体黏度以及黏弹性方面有一定要求。一般情况下要求聚合物的熔体强度在0.1~1 N左右，熔体黏度在100~1000 Pa·s。对于熔体强度较低的聚合物，在纺丝过程中要特别注意拉伸条件。因为低熔体强度的聚合物在拉伸时容易断裂，所以拉伸速度要适当降低，同时可以考虑适当提高熔体温度来增加其流动性，使丝条在较低的拉伸应力下能够均匀拉伸。例如，一些低分子量的聚酯在熔体纺丝时，要控制好拉伸比，避免丝条断裂。高黏度的熔体在纺丝时，需要较高的压力才能使其通过喷丝头。因此，要确保纺丝设备的压力供给系统能够满足要求。同时，为了防止熔体在喷丝头处过度堆积，喷丝头的孔径可以适当增大，并且要保持喷丝头的温度均匀，避免局部黏度变化导致丝条粗细不均。对于低黏度熔体，要注意防止其在喷丝头挤出后因流动性过强而无法成型，可通过降低温度或者增加牵伸装置来控制丝条的形状。此外，聚合物的黏弹性也是有一定要求的，一般来说，在熔融纺丝的频率范围（通常与纺丝速度和喷丝头的振动频率等有关）内，储能模量G'可以在10~1000 Pa，损耗模量G''在5~500 Pa。具有较强弹性的熔体在通过喷丝头挤出后，会有一定的弹性回缩现象。在纺丝工艺中，可以在喷丝头下方设置适当的缓冷区，让丝条在这个区域内初步定型，减少弹性回缩。同时，牵伸过程要考虑弹性回复的影响，牵伸倍数的设置要结合熔体的弹性模量，避免因过度牵伸导致丝条弹性变形过大而影响纤维质量。

与其他纺丝方法（如干纺和湿纺）相比，熔融纺丝被认为是更经济和可持续的纺丝方式。在熔融纺丝过程中，通过较高的牵伸倍数可以使纤维分子链沿轴向取向排列，从而提升拉伸强度、模量和断裂伸长率等。例如，在聚酯纤维的熔融纺丝中，牵伸比的提高能让纤维内部的大分子链充分伸展并有序排列，使得拉伸强度明显增加。干纺和湿纺的生产速度较低，并且涉及使用化学溶剂，这对环境不友好。此外，这些方法会导致表面出现孔隙和空隙。因此，熔纺纤维在生物降解性很重要的各种应用中具有替代传统纤维的巨大潜力。但是，可生物降解聚合物的熔融纺丝仍存在一些挑战，包括结晶速率低、热降解和挤出过程中加工温度窗口有限等问题还有待解决。最近的研究集中在熔融纺丝这些可生物降解的聚合物和表征纺丝纤维上。例如，Nishimura等[21]通过熔融纺丝，再加上在热水中以一定的拉伸比进行两步拉伸，获得了拉伸强度为810 MPa的PLLA纤维。即使纤维暴露在环境中1年后，表面仍然保持光滑，抗拉强度没有明显下降。水解实验表明，37 ℃的缓冲溶液浸泡1个月后，纤维不容易发生非酶水解，但在60 ℃以上发生快速水解，突出了超过Tg的有效性。扫描电子显微镜观察显示，纤维轴垂直方向的裂缝有规律，表明与纤维轴对齐的高度有序结构的发展。

3.2 溶液纺丝

溶液纺丝是一种制备纤维的技术，它通过将溶解于溶剂中的聚合物或其他活性物质进行拉伸和凝固，从而形成纤维状的材料。溶液纺丝的原理可以简单概括为溶解、拉伸和凝固三个步骤。首先，将聚合物或其他活性物质溶解于溶剂中形成均匀的溶液。溶剂的选择非常重要，不仅需要与溶解物相容，还需要在纺丝过程中能够提供足够的拉伸和蒸发能力。对于拉伸，溶液通过喷涂、电纺或旋转纺等方法被喷射或拉伸成纤维状。这一步骤中，溶液将经历很高的剪切力、牵拉力和蒸发作用，使得聚合物链之间的键能被破坏，分子重新排列。经过拉伸，聚合物链不再有序，而是呈现出无规则的组织结构。最后是凝固过程，也称为纤维化过程。在溶剂的蒸发和温度变化的作用下，溶液中的聚合物开始聚集和结晶，形成纤维状结构。凝固的速度和方式将直接影响纤维的形态和性能。溶液纺丝需要聚合物的纺丝液黏度约为2~400 Pa·s，根据固化方式的不同，溶液纺丝又分为干法纺丝和湿法纺丝。干法纺丝主要是在热空气中形成纤维，湿法纺丝则要通过凝固浴析出而形成纤维。两者各有优缺点，干法纺丝成本较低、操作简单，但是在后续热处理过程中，溶剂的挥发或热分解会造成原丝的内部缺陷及纤维之间黏连，影响纤维产品的质量应用。然而，湿法纺丝所得的纤维纤度变化小，凝固成型稳定，纤维的残留溶剂少，容易控制原丝质量，但是需要的溶剂量大，成本和环保方面不太适合大规模生产。但是两者与熔融纺丝相比，它们能够使聚合物在溶剂中均匀分散，在凝固成型过程中可以形成结构较为均匀的纤维。这种均匀性有利于提升纤维的整体性能，例如在纤维素纤维的溶液纺丝中，能够使纤维的拉伸强度在长度方向上分布更均匀。

近年来，随着研究的进一步深入，人们还研发出了制备纳米纤维的新型溶液纺丝法，溶液吹纺（SBS）是一种新型的纳米纤维制备技术，起源于电纺丝与传统熔喷技术的结合。溶液吹纺纳米纤维的主要理论基础是气流的高速拉伸原理和伯努利原理。工作原理如图4所示，当高压气流P1离开外喷嘴时，压力下降至Patm，此时射流能量增大，气速增大，反过来促使射流中心压力P2下降，形成聚合物溶液加速的驱动力（图4b）。溶液射流形成过程如图4c所示。高速气体流动还会在气体/溶液界面处产生剪切力，从而使聚合物溶液从液滴变形为锥形。当这种剪切力克服聚合物溶液的表面张力时，就会产生溶液射流。在飞行过程中（图4d），溶剂迅速蒸发，聚合物纤维最终沉积在收集器上[22]。与电纺技术相比，SBS具有产量高、制备时间短、使用价值高等特点，并且有相对较多的聚合物和纺丝溶液适用于SBS，不需要导电性，这扩大了聚合物溶液的应用范围。此外，在溶液纺丝过程中不需要高压静电场支持，因此安全性相对较高，对设备的要求较低。与熔喷技术相比，SBS的原料来源更丰富，材料适用性更强，非常适合一些可溶于无毒和挥发性溶液但不适合熔喷的高分子原料[23]。

溶液纺丝技术在许多领域都有广泛的应用。在纳米科技领域，溶液纺丝可以用于制备纳米纤维薄膜、纳米纤维细胞床和纳米纤维吸附剂等。这些纳米纤维材料具有较高的比表面积和孔隙结构，能够用于催化、过滤、分离和传感等应用[25-27]。在纺织工业中，溶液纺丝为制备高性能纤维和特殊功能纺织品提供了新的途径。通过优化纺丝条件，可以制备具有特殊功能的纤维，如防静电纤维、防菌纤维和阻燃纤维等。此外，纺织品的亲水性、抗菌性和吸湿性等性能也可以通过溶液纺丝技术进行调控。生物医学领域是溶液纺丝应用最为广泛的领域之一。溶液纺丝可以用于制备三维支架、人工血管和药物控释系统等[28]。通过纺丝的方式，可以调控纤维丝的孔隙结构和结晶度，使得支架具有优良的生物相容性和生物降解性，从而促进组织再生和修复。总结起来，溶液纺丝是一种制备纳米纤维的重要技术。它通过溶解、拉伸和凝固等步骤，制备出具有多种形态和性能的纳米纤维材料。溶液纺丝技术在纳米科技、纺织工业和生物医学等领域都有广泛应用，为各种领域的研究和应用提供了新的方法和途径。

3.3 静电纺丝

由于对纤维应用的快速需求，静电纺丝作为制备微纳米材料的重要技术越来越受到关注。静电纺丝是通过施加高压电场将聚合物溶液拉伸成纳米纤维的过程。Gilbert[29]早在1600年就提出了静电纺丝的概念，他在一项研究中观察到聚合物溶液可以在电场下形成锥形液滴。1882年，泰勒[30]发表了一系列开创性的论文，指出随着电场强度增加到临界水平，球形液滴将逐渐演变成锥体（现在通常称为“泰勒锥体”）并发射液体射流，泰勒的这一发现使得静电纺丝得以迅速发展。近年来，由于静电纺丝纤维的新应用被用于软电子器件、生物医学、能量收集、转换和存储[31-33]。因此，利用新材料制备复合材料和陶瓷纳米纤维的静电纺丝越来越受到关注。

用于制备纳米纤维的静电纺丝示意图如图5所示，包括直接混合、原位生长和无机NC组装等策略。静电纺丝设备一般由喷丝头、高压电源和接收装置三部分组成[34]。一般来说，静电纺丝过程可分为以下四个步骤：（i）聚合物溶液在电场作用下形成泰勒锥；（ii）带电射流在电场下沿直线延伸；（iii）射流在电场作用下变细，电弯曲不稳定性（又称搅拌不稳定性）增加；（iv）射流凝结成固体纤维，并收集在接地的收集器上[35]。其中，泰勒锥的形成是这一过程中最关键的一步，它决定了纤维的质量，并且与纺丝液黏度密切相关，通常情况下，静电纺丝需要聚合物溶液的黏度在1000~6000 Pa·s。静电纺丝也分为很多种类：包括溶液静电纺丝、熔体静电纺丝、近场静电纺丝和衍生静电纺丝等，它们各有优缺点，对于不同的纺丝条件和纺丝原料要采用不同的静电纺丝方法。

静电纺丝纤维具有较高的比表面积和孔隙率，这会使纤维的实际受力面积减小，在一定程度上降低拉伸强度。但是，这种特殊的结构也使得纤维在吸附、过滤等应用场景中具有优势，得到广泛研究。具体而言，无毒、具有良好生物相容性和生物可降解的静电纺丝纳米纤维被认为是生物药物有前途的候选材料[37-39]，它们具有可调节的特性，如药物释放、伤口敷料、组织工程和创伤修复等。通过直接混合，Erick等将Ag NPs掺入PCL静电纺丝纳米纤维中，以提升其抗菌性能[40]。Qian等[41]开发了一种新型的Ag修饰/胶原涂层静电纺丝p/聚己内酯（PLGA/PCL）支架（PP-pDA-Ag-COL），具有改进的抗菌和成骨特性。通过静电纺丝碱性PLGA/PCL基体，然后通过原位还原、聚多巴胺包被和胶原I包被来浸渍Ag NPs从而生成支架。

3.4 离心纺丝

离心纺丝是一种以高速和低成本从各种材料生产纳米纤维的替代方法。在离心纺丝中，纺丝流体被放置在旋转的纺纱头中。当转速达到临界值时，离心力克服旋转流体的表面张力，从旋转头的喷嘴尖端喷射出液体射流。然后，射流经历拉伸过程，最终沉积在收集器上，形成凝固的纳米纤维[42]。离心纺丝很简单，基于与棉花糖机相同的机理（图6），可以快速制造用于各种应用的纳米纤维。相比于常规纳米纤维的生产方法，如静电纺丝、熔喷、相分离和模板合成等，作为一种简单且可扩展的工艺，离心纺丝避免了使用高压，可用于从许多不同的材料中生产用于各种应用的纳米纤维。此外，其与静电纺丝要求的聚合物纺丝溶液黏度相近，在1000~8000 Pa·s。

离心纺丝虽然以低成本、大规模方式生产纳米纤维的优势成为了有前途制造方法。然而，截至目前，离心纺丝仍然不如静电纺丝受欢迎。第一，从学术研究的角度来看，离心纺纱装置的设置复杂，特别是在选择合适的电机和纺纱头几何形状方面。第二，与静电纺丝相比，离心纺丝通常使用浓度较高的聚合物溶液，导致纤维稍厚。第三，在实验室规模的离心纺丝装置中收集的纤维毡是松散包装的，与通过静电纺丝制备的致密堆积纤维毡相比，这种松散堆积的纤维毡在某些应用中可能并不受欢迎。第四，目前报道的大多数离心纺丝纳米纤维都是基于简单的固体结构。当然，这些问题在离心纺纱被扩大到工业生产时都会有相应的解决方法。例如，纤维毡是松散包装的问题可以通过纤维收集后的后处理来解决，如热压和压延。

离心纺丝纳米纤维通常可用于与常规纳米纤维生产方法制造的相同应用。截至目前，离心纺丝聚合物纳米纤维研究最多的应用是组织工程。与静电纺丝相比，通过离心纺丝产生具有大孔径的可重复和生物相容性三维支架可以延长细胞向内生长的渗透性和结构完整性，从而产生用于不同组织修复和替代过程的生物基质复合材料。这种3D支架已被用于细胞浸润、迁移、黏附和生长[43]。Badrossamay等[44]采用离心纺丝法制备PLA纳米纤维支架。为了评估使用离心纺聚乳酸纳米纤维作为组织工程支架的可行性，他们将化学分离的新生大鼠心室肌细胞置于制备的纤维结构上。结果发现，心肌细胞自发地与纤维结合并排列在一起。他们的工作证明离心纺丝是一种简单、方便的方法来生产各向异性、生物可降解的纳米纤维支架。

4 生物可降解合成纤维的研究现状

4.1 PLA纤维

PLA是一种可生物降解的热塑性聚合物，可由玉米、甜菜等可再生资源制成，由于其优异的强度、模量和良好的加工性能，近年来已广泛应用于包装、医疗和农业生产领域[46-47]。聚乳酸的化学性质涉及乳酸单体的加工和聚合。乳酸HOCH3CHCOOH是一种简单的手性分子，以L-和D-乳酸两种对映体的形式存在（图7）。两种对映体聚合之后又会形成三种不同的聚乳酸——PLLA、PDLA和PDLLA[48]。由于这种构象上的差异，导致三者的性能上有一定的差异，PLLA是半结晶聚合物（利于纺丝），具有较高的拉伸强度、降解速度慢、韧性较差。PDLLA是无定形聚合物，拉伸强度较低，降解速度极快，相比与PLLA韧性较好。因为合成工艺的问题，PDLA很难得到，并且性能不太稳定，不利于工业应用。

现阶段已商业化的可生物降解塑料中，PLA应用范围最广、需求量最大。于全球乳酸行业主要采用发酵法进行生产，得到的是左旋乳酸，PLA是以L-乳酸为原料开环聚合制得，因此产品主要是左旋聚乳酸（PLLA）。人体中产生的乳酸是左旋乳酸，PLLA在人体内生物相容性更优，可降解吸收。更易于工业化生产，以及生物相容性更优，这两大特点使得PLLA成为全球聚乳酸市场中的主流产品，一般市场中所指的PLA即为PLLA。PLA同时也存在一些缺点，首先PLA的断裂韧性较低，限制了其广泛的应用。其次它的耐热性低，难以应用于食品容器、家用电器、电子产品、汽车零部件等耐高温产品。并且由于成本高昂，很难将PLA用于民用和工业应用。PLA虽然具有良好的生物相容性，但不能完全满足临床的所有要求[50-51]。

生产聚乳酸的方法有很多种，包括开环聚合、聚缩合、共沸脱水和酶聚合[52]。在这些方法中，乳酸直接缩合和开环聚合是最常用的工艺（图8）。Cargill Dow LLC是世界上最大的PLA制造商，开发了一种生产乳酸基聚合物的低成本连续工艺[53]。在这个过程中，PLA的合成发生在熔体而不是溶液中，并且是一个循环周期（图9），从而提供了实质性的环境和经济效益。最初，自然或可再生资源，如玉米、甜菜、土豆等，被转化为葡萄糖，葡萄糖经过发酵过程产生乳酸。在催化剂的存在下，乳酸转化为丙交酯。熔融的丙交酯在真空蒸馏的帮助下进一步提纯，然后通过聚合反应转化为PLA。剩余的丙交酯单体在整个过程中循环利用。

PLA转化为纺织结构是复杂的，但由于其半结晶的结构，纺丝是存在可能的，这取决于加工过程中其结晶结构变化。将聚合物挤出成单丝和复丝可以通过熔融纺丝、干纺丝、湿纺丝和干-喷-湿纺丝来实现[55]。每一种工艺都有不同的特点，这些特点随后反映在纤维性能上。由于PLA的热塑性，在合理的条件下熔化聚合物是可能的。熔融纺丝转化为纤维通常比溶液纺丝具有优势，它是一个无溶剂的过程，提供了更经济和环保的路线，并且生产速度通常比溶液纺丝快。然而，熔融纺丝有时是不可行的，要么是因为聚合物在熔化时降解，要么是因为熔体热稳定性不够。在干法纺丝中，通过闪蒸、自旋线内的扩散以及从自旋线表面到周围介质的传质除去溶剂，但是所得到的纤维会存在质量不够好，表皮略有孔隙和缺陷的问题。而在湿式纺丝中，聚合物的凝固是在另一种与纺丝溶剂相容但本身不是聚合物溶剂的流体中进行的[56]。这样得到的纤维表面光滑、质地均匀，但是这种生产方式会消耗大量溶剂，成本较高且对环境不友好。

可生物降解的纺织品在各个具有重要技术意义的领域引起了极大的兴趣。这些应用的多样化使得单一聚合物可以通过对其物理化学结构的简单修改在许多应用中被证明是有用的。在许多情况下，聚合物可以与其他聚合物或非聚合物成分混合，以实现所需的行为。例如，通过共混改性PLA，使其具有一定的韧性，有利于得到性能更好的PLA纤维。PLA纤维的拉伸强度一般在3.6~5.4 cN/dtex，通过共混、共聚改性或者后处理，可制得断裂强度高于7.2 cN/dtex的聚乳酸纤维。其断裂伸长率与涤纶接近，为20%~30%，具有较好的延伸性。聚乳酸具有生物降解性、热塑性加工性和生态友好性等独特特性，可作为商品塑料、包装、农产品和一次性材料等潜在应用。另一方面，这种聚合物在医学、外科和制药领域的应用前景广阔。赵元进等[57]将来自微流体的亲水性水凝胶微纤维沉积到由疏水性聚乳酸和银纳米颗粒组成的静电纺丝纳米纤维，即Janus纺织品。Janus纺织品的疏水性可以防止多余的液体再次渗入伤口，防止过多的水分并保持伤口的透气性。此外，疏水性纳米纤维中所含的银纳米颗粒可以赋予纺织品良好的抗菌效果，进一步促进伤口愈合效率。PLA的基本聚合物化学可以控制某些纤维特性，使纤维适用于各种技术纺织纤维应用，特别是服装和功能性服装应用。低吸湿性和高吸湿性为运动和功能服装产品提供好处。高抗紫外线性对高性能服装以及户外家具和家具应用具有优势。此外，低密度和低折射率使得PLA纤维具有较轻的重量和出色的色彩特性。PLA可用于各种长丝和非织造布结构，这些结构可以通过各种纺纱技术和机械加工来生产。纤维可以通过黏合、热黏合、梳理、针织和编织制成织物。长丝在转化为各种形状和形态方面的多功能性以及良好的机械性能使其应用范围广泛。

4.2 PGA纤维

近年来，聚乙醇酸（PGA）作为推动我国减少塑料废弃物、实现“双碳”目标的重要可降解塑料产品而广受关注。PGA又称为聚羟基乙酸，是一种单元碳数最少、具有可完全分解的酯结构、降解速度最快的脂肪族聚酯类高分子材料。图10为所提出的PGA晶体结构，其晶胞尺寸为a=5.22 Å，b=6.19 Å，c=7.02 Å。模型A基于Chatani等[58]提出的分子尺寸，模型B基于本实验室广角X射线衍射测量计算得到的晶体单位胞参数（a =5.00 Å，b =6.03 Å，c=6.76 Å）。PGA具有与PLA相似的结构，但具有更高的热变形温度，优异的力学性能，特别是具有极高的气体阻隔性能。PGA是一种人工合成的可吸收聚合物，熔点在220~225 ℃，玻璃化转变温度约为35~45 ℃，密度为1.5~1.7 g/cm3[59]，通常具有较高的结晶度（45%~55%），只溶于高氟有机溶剂。PGA的性质与平均分子量和分子量分布呈正相关。

生成PGA聚合物的合成途径有很多（图11），包括通过乙醇酸的直接缩聚聚合、乙二醇酯的开环聚合（ROP）以及卤素醋酸盐的固态缩聚（SSP）或甲醛（三氧环）与一氧化碳（CO）反应来合成等[61]。为了获得更高的分子量，通常采用乙醇酸的环二聚体乙二醇酯的开环聚合（ROP）。合成过程是以CO和H2为原料先合成甲醇，然后甲醇经过加成和取代反应等得到乙醇酸，与其他合成方法最大的差别就在于它需要将乙醇酸转化为乙交酯，这一步增加了能量需求和过程成本。PGA的降解主要通过水解反应进行，水解反应中羧基数量增加，pH值降低，降解产物如乙醇最终通过泌尿系统排出体外，通常PGA在体内降解时间约为1.5~3个月[62]。

目前，形成PGA产品的主要技术包括静电纺丝和熔融纺丝[63]。然而，PGA不溶于大多数有机溶剂，这大大增加了与静电纺丝相关的生产成本。相比之下，熔融纺丝具有加工成本低、产量连续的优点，是PGA纤维成型最广泛的方法。通常，纤维加工涉及取向过程和退火过程。取向过程对聚合物链和微晶进行机械拉伸，从而增加晶体取向和结晶度。取向过程受拉伸比和温度的影响。一般来说，拉伸比越大，拉伸强度越高，断裂伸长率越低[64]，而热退火往往会改善结晶，同时导致纤维收缩。Li等[65]报道了类似的发现，在较高的拉伸温度下，分子链段的弛豫时间更短，更容易失向，这使得它们难以向结晶所需的方向移动，因此结晶度较低。在热拉伸阶段，较高的温度可以降低受约束的非晶链中的内应力。在退火阶段，样品的结晶度和微晶尺寸会显著增加，而玻璃化转变温度附近的热收缩（Tg）显著减少。

PGA纤维的早期研究主要集中在生物相容性和降解特性上，据相关研究表明PGA的降解周期与其晶体结构和非定形分子链的排列密切相关。显然，不同的结构在材料性能中起着至关重要的作用，因此了解聚合物材料的聚集态结构与其宏观性能之间的关系非常重要。Ward等[60,66]通过固态1H NMR波谱测量证明（图12），定向PGA纤维包含刚性晶相、半刚性非晶相和高度可移动的非晶相。半刚性非晶相的降解对维持纤维强度起着至关重要的作用，而不同初始层状结构的纤维在降解后期表现出相似的结构和力学性能。

PGA纤维常被用于医疗领域、纺织品、过滤材料、复合材料和3D打印材料等。但实际上，由于其生物相容性和快速生物降解性，PGA被广泛用于生产手术缝合线和无纺布网[67]。PGA纤维的无纺布网是高度多孔的，允许营养物质扩散到整个支架，并且能够提供高密度的细胞。然而，这种结构缺乏承受体内压缩力的结构稳定性。为了改善其机械性能，这些基质中的PGA纤维已与PLLA和PLGA进行物理黏合。通过改变物理结合的量，可以实现广泛的机械强度和降解速率。此外，还可以通过引入交联结构的方式来增强纤维的机械强度和减缓其降解速率，如常见的聚酯类交联剂或扩链剂MDI、ADR等。

4.3 PHA纤维

聚羟基链烷酸酯（PHA）是一组热塑性、生物基和可生物降解的聚酯，与其他生物聚合物（如聚乳酸（PLA）或聚乙醇酸（PGA））相比，它们具有卓越的生物相容性，因此在医疗应用和组织工程中具有巨大的潜力。新兴的PHA类聚合物（PHA系列，如图13）由性质和性能差异很大的多种聚合物组成，PHA组中有许多共聚物由化学连接的羟基丁酸酯（HB）、羟基戊酸酯（HV）或羟基己酸酯（HHx）单体组成，它们不能简单地彼此替代，因为具有不同的属性，而且其属性指标的区间很宽。目前关于PHA纤维的研究主要集中在PHB和PHBV上，与其他类型的PHA聚合物相比它们具有许多优点，如韧性和弹性。然而，PHA的生产成本很高，是石油衍生聚合物的5~15倍，这一点阻碍了其发展。PHA类聚合物的合成主要有三种途径（图14），即微生物、酶和化学途径（开环聚合）[68]。不同的合成方式都有各自最大的影响因素，这也是得到的PHA分子特性、生产成本以及大规模生产工业技术的可用性存在差别的原因。

基于PHA的产品常用于生产包装和医疗材料，潜在的生物医学应用包括用于药物释放系统的各种组织、缝合线、贴片、支架和基质的植入物[70-72]。就PHA纤维而言，它在医疗领域（组织工程支架、膏药、伤口愈合、药物输送系统）和工业应用（过滤系统、食品包装）中都显示出巨大的潜力（图15）[73]。PHA纤维的断裂强度一般约为21.71 cN/dtex，断裂伸长率为29.55%，但是通过调控其结晶性能能够有效地提升其力学性能。目前制造PHA纤维的方式主要有熔融纺丝、湿法纺丝和静电纺丝。然而，每一种制造PHA纤维的方式都存在一定的缺陷，例如熔融纺丝PHA的主要挑战是通过各种方式控制它们的结晶行为，才能使其能够更广泛地应用于工业用纺织品领域中。目前采用的策略主要有两种：一是调节其分子结构，例如引入结晶性较弱的链段进行共聚、改变其分子量等；二是调整制备工艺参数，控制冷却速度，采取退火处理，也能够有效控制其结晶行为。此外，添加成核剂也是一种不错的方法。湿法纺丝和静电纺丝则是由于存在安全、环保和成本方面的问题难以实现大规模工业生产，只能够小范围应用于医学领域[69]。例如，PHBV纤维与成骨细胞和成纤维细胞存在相互作用（图15），研究人员发现，当PHBV纤维被修饰时，可以获得支持细胞锚定的结构，从而支持骨组织的再生。富含无机HA颗粒的纤维PHBV支架支持成骨细胞的锚定和附着，并且在纤维结构中包含HA颗粒会增加细胞增殖[74]。

4.4 PBAT纤维

化学合成类生物降解高分子中，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）的运用最广泛。PBAT是一种脂肪族和芳香族单元组成的脂肪族-芳香族共聚酯，主要是以PTA（或DMT），AA以及BDO为原料，在催化剂的条件下，直接进行酯化、缩聚反应而制得（图16）。正是因为如此，PBAT的机械性能受单体组成和分子量的影响。一方面，Franco等和Herrera等[75]报道，杨氏模量随着对苯二甲酸酯单元的含量增加而增加，而断裂伸长率减小。另一方面，随着分子量的增加，拉伸强度增加，断裂伸长率降低[76]。一般来说，PBAT具有相似的机械性能，抗拉强度21 MPa左右，断裂伸长率为670%~1200%，弯曲强度约为7.5 MPa。

PBAT的力学性能与加工性能与LDPE类似，热稳定性好，可以通过挤塑、吹塑、注塑等加工方式加工。与完全生物可降解塑料PLA不同，PBAT是一种韧性好、伸长率高但强度低的材料。但是想要对PBAT进行纺丝，目前熔融纺丝和溶液纺丝都存在一些困难。利用熔融纺丝制造PBAT纤维，它的熔体强度不够，纺丝参数难以调整；利用溶液纺丝制造PBAT纤维，对于PBAT纺丝液浓度又较难满足要求。从材料上来讲，PBAT纤维的强度太低，会弹性太好，所制得的纤维尺寸稳定性差，很容易发生蠕变。想要解决这些问题，通过共混一些熔体强度和机械强度较高的材料就能够得到较好的PBAT纤维。现在PBAT纤维的应用都主要在于组织工程支架上，PBAT良好的润湿性可以提高细胞的黏附和增殖，但由于制作困难，应用十分局限[78-79]。为了能够使PBAT纤维更加广泛地应用于农业和医疗领域，Kikutani等[80]想要通过研究PBAT的混合结晶结构来提供有关PBAT纤维加工和所得纤维性能的信息（图17）。他们通过各种计算以及WAXD图案发现PBAT具有与α型PBT相似的晶格结构，当拉伸应变超过15%时，PBT的晶体结构由α型完全转变为β型，而PBAT的晶体结构α型仍然占主导地位，这种差异导致PBAT纤维的模量比PBT纤维的模量低得多。PBT中的晶型转变发生在临界应力（室温下约75 MPa）以上，因此他们认为PBAT很可能也需要类似的先决条件，只是需要更高的应变才能达到。

4.5 PCL纤维

聚己内酯（PCL）是一种疏水的半结晶聚合物。其玻璃化转变温度（Tg）为-60 ℃，熔点在59~64 ℃之间。在室温下可溶于氯仿、二氯甲烷、苯、甲苯、四氯化碳、2-硝基丙烷和环己酮等。PCL可以用各种阴离子、阳离子和配合催化剂进行开环聚合（图18），也可以用自由基进行2-亚甲基-1，2-二氧丙烷的开环聚合[81]。PCL良好的溶解性和共混相容性使其在生物医学领域得到了广泛的应用[82]。通常，PCL可以通过其酯键在物理条件下的水解降解，也可以通过生物有机体如细菌和真菌降解。然而，由于体内缺乏合适的酶，它在动物和人体内不能被降解。因为PCL的速度降解比其他聚合物及其共聚物更缓慢，因此适用于需要缓慢降解的应用。PCL可以与其他聚合物共混和改性，以改善其物理、化学和机械性能。PCL纤维的拉伸强度与尼龙类似，其单丝纤维小规模纺丝的研究表明，随着拉伸比的增加，刚度和韧性会以典型的方式增加，如微纤维束的刚度约为1382.5 N/tex，最大负载为30.7 N。PCL纤维的断裂伸长率介于LDPE与HDPE之间，分子内酯基的存在使其具有较好的柔韧性[83]。

PCL纤维因其可生物降解且具有较高的生物相容性，因此在生物医学领域得到了广泛的应用，特别是在组织工程和医疗植入物中。PCL可以通过静电纺丝形成连续的超细纤维，以提供适合用于生物医学应用的高孔隙率和表面积等优异特性。静电纺丝PCL纤维垫作为临时基质，用于促进各种类型的培养细胞的黏附、增殖和分化，载体是生物制剂和伤口敷料材料[84-85]。Linhardt等[86]使用同轴静电纺丝制备的聚己内酯（PCL）-PGS的微纤维核壳垫（图19），PCL-PGS的核壳结构提供了可调降解和机械性能。此外，将抗凝血肝素固定在这些静电纺丝纤维垫的表面上，改善了人脐静脉内皮细胞的附着和增殖。

文献中很少涉及通过熔融纺丝生产PCL纤维，但是使用静电纺丝生产纤维被广泛报道。静电纺丝、熔融纺丝和熔融沉积是用于在微米和纳米尺度上生成PCL纤维的一些技术。虽然静电纺丝是生产纳米或微米尺寸纤维的便捷方法，但它通常需要使用有机溶剂，并且已经发现静电纺丝纤维的机械性能通常很差[87]。另一方面，熔融纺丝是制造纤维的基本技术，其设置简单，可以直接从熔融聚合物中连续拉出纤维，避免使用溶剂。然而，这些纤维不能使用熔融纺丝在纳米尺度上制造，并且该技术不适用于那些在熔融纺丝条件下容易降解的聚合物，例如PCL（当暴露在空气或湿气存在的高温下时）[88]。

4.6 PBS纤维

在脂肪族聚酯中，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）由于其优异的综合性能及良好的工业化前景，成为脂肪族聚酯中发展最快的品种之一。它一般通过脂肪族二元醇与二元酸的缩聚反应制得（图20），原料可以从原油或者纤维素中获得[89]。与其他可生物降解聚酯材料如聚乳酸酯（PLA）、聚羟基丁酸酯（PHA）相比，PBS价格低廉，具有良好的物理机械性能、易加工成型等特点。与其他脂肪族聚酯相比，PBS不仅具有较高的熔点（与低密度聚乙烯接近），并且具有相对高的玻璃化转变温度、拉伸强度及硬度（一般介于PE和PP之间）。此外，PBS具有与低密度聚乙烯相媲美的强度和韧性。目前被认为是最有希望实现工业化和商品化的可生物降解高分子材料之一。

PBS的应用范围很广，其高度透明的表面和刚性结构使其可用于包括覆盖膜、可堆肥袋、无纺布板和纺织品、餐饮用品和泡沫等各种应用[90-91]。PBS纤维多用于单丝、分体纱线、生物医学和纺织行业[92]。生产PBS纤维主要采用熔融纺丝和熔融静电纺丝的方式[93-94]，前者多用于生产纺织品，后者则是应用于组织工程和细胞再生等生物医学领域。制得PBS纤维的拉伸强度一般在30 MPa左右，与聚乙烯、聚丙烯等通用塑料相近，能满足日常使用中对强度的基本要求，如制成的一次性干湿巾等产品具有一定的使用强度。此外，通过共混改性后的PBS纤维的强度最高可达40 MPa。与此同时，PBS纤维的断裂伸长率可达400%，具有良好的柔韧性和延展性，这使其在受力时能够发生较大程度的形变而不断裂，可应用于一些需要柔软、可拉伸性能的产品中。然而，PBS纤维的工业化和商品化还存在一些难题，一方面是原料供应不足以及合成技术还需要改进，不然成本较高，也无法大规模生产，另一方面则是其某些方面的性能还有待改善，例如与其他已经得到广泛应用的聚酯材料相比，PBS存在熔体强度差等缺点，这将限制其在薄膜和纤维领域的应用。

5 可生物降解纤维复合材料

生物可降解纤维复合材料一般以天然纤维为增强材料，以生物可降解塑料为基底复合而成的材料，也是天然纤维聚合物复合材料（NFPC）的一种。通常嵌入的增强纤维都是如黄麻、油棕、剑麻、洋麻和亚麻等高强度高韧性的天然纤维，用于弥补像PLA、PBAT、PHA等可降解塑料力学性能上的缺陷。根据以前的研究，天然纤维复合材料的性能是不同的，因为纤维的种类、来源和水分条件不同。NFPC的性能取决于一些因素，如机械成分、微纤维角、结构体、缺陷、单元格尺寸、物理性质、化学性质，以及纤维与基质的相互作用[95-101]。由于市场上的每种产品都有缺点，同样，天然纤维增强聚合物复合材料也有缺点。由于天然纤维和聚合物基质之间的化学结构不同，因此考虑了天然纤维和聚合物基体之间的偶联问题。这导致NFPC接口期间的应力传递无效。因此，对天然纤维进行化学处理对于获得良好的界面性能是必要的。

对于天然纤维增强复合材料，有相当多的改进可以实施，以增强其机械性能，从而实现高强度的结构。一旦基础结构变得坚固，聚合物就可以很容易地得到加强和改进[102]。纤维的取向、纤维的强度、纤维的物理性能和纤维的界面黏附性能等都是能够改进的方面[103-104]。Graupner等[105]研究了天然和人造纤维素纤维增强PLA复合材料的力学特性。通过纤维质量为40%的压缩模压和PLA的使用，制备出各种类型的天然纤维复合材料，如麻、棉、红麻和具有不同特性的人造纤维素纤维。红麻和大麻/PLA复合材料表现出较好的拉伸强度和杨氏模量，而棉花/PLA则表现出较强的碰撞特性。lyocell/PLA复合材料表现出良好的性能。简而言之，这项研究揭示了复合材料的独特特性，这些特性可以用于各种技术应用，每个都符合独特的标准。

天然纤维增强复合材料可应用薄膜、水凝胶等领域。在食品包装领域，如PBAT薄膜作为基体材料，通过加入甘蔗短纤维，可以通过短纤维诱导PBAT薄膜的结晶度提升，使得薄膜的气体阻隔性能提升，能够有效阻止氧气、水蒸气等气体的透过，延长食品的保质期。此外，短纤维的加入本身也增长了气体透过的路径，对气体阻隔性也是有好处的。在组织工程领域，如胶原蛋白水凝胶作为基体材料，它的三维网络结构类似于人体组织的细胞外基质，能够为细胞的生长和增殖提供良好的环境。其含水量高，具有良好的生物相容性，细胞可以在其中很好地附着和迁移。水凝胶的力学性能可以通过加入纤维材料如纤维素、壳聚糖纤维等来进行调节，以适应不同组织修复的需求。在药物递送方面，一些智能水凝胶基体材料还可以通过加入纤维材料来减缓药物的释放，以达到缓释的目的。

6 结论与展望

为了响应国家的可持续性发展号召，保护环境已是大势所趋，传统的合成塑料会慢慢地被可降解塑料所取代。目前可降解塑料存在的主要问题就是实际应用的开发，生物可降解纤维就是一个例子。迄今为止真正实现较大范围应用的生物可降解纤维只有PLA，大多数的生物可降解纤维都处于研究阶段，想要投入生产使用还存在各种各样的问题。各种生物可降解纤维存在的问题可以简单总结如下：（1）部分生物可降解纤维的韧性很好，但是由于结晶度或者分子链之间的相互作用弱，强度不够，导致纺丝后很容易收缩，在PBAT纤维上很明显；（2）如果想要实现更大规模的工业生产，熔融纺丝是更好的方式，但是PGA、PCL等热稳定性以及熔体强度不够，加工过程中容易降解且难以成型，需要改性进行提升；（3）除熔融纺丝外，其余的纺丝方式会对材料的机械性能有较大的影响，且对环境不够友好，探究产生这种影响的原因并改进工艺十分重要；（4）与PLA相比，其余生物可降解塑料合成工艺还有待提升，在保证工艺稳定性的同时降低成本。（5）所有的可降解纤维材料在工业化应用中存在的问题都是在于上游原料的成本太高，规模化生产技术的质量也不够稳定，所以对于先进设备开发才是尤为重要的。

此外，生物可降解纤维的性能与目前已经商用的不可降解纤维还存在一定的差距，例如抗拉强度不够、热稳定性不足、弹性不好等，还需要通过化学或物理改性，以及纺丝后处理来提升其相关性能，这将是生物可降解纤维研究的重点。生物可降解纤维复合材料也是纤维应用的一种有效的途径。

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基金资助

国家自然科学基金项目(22179149)

中央高校基本科研业务费专项资金项目(171gjc37)

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