生物基尼龍56的應(yīng)用及改性研究進展

      生物基尼龍56由戊二胺和己二酸聚合而得。這兩種單體均可利用可再生資源制備，戊二胺可采用微生物法發(fā)酵制備，己二酸可以葡萄糖為原料經(jīng)過細菌代謝處理，然后通過高壓還原制備得到，生物基尼龍56中的生物基質(zhì)量分數(shù)可高達41%。

2003年，上海凱賽生物技術(shù)股份有限公司就已經(jīng)可以通過轉(zhuǎn)化植物油和發(fā)酵天然生物資源轉(zhuǎn)化淀粉來制備生物基尼龍56的生產(chǎn)原料，在制備生物基尼龍56上有了進一步的突破。生物基尼龍56具有獨特的奇偶結(jié)構(gòu)，大分子鏈中的N—H和CO處于錯位狀態(tài)。

生物基尼龍56的奇偶氫鍵結(jié)構(gòu)在高溫下具有較高的熱穩(wěn)定性。生物基尼龍56中的氫鍵呈現(xiàn)位錯構(gòu)型，當(dāng)生物基尼龍56在高溫下氫鍵解離時，它可能會滑向大分子鏈，原來的不飽和氫鍵將會形成新的高強度氫鍵。

生物基尼龍56的密度為1．2～1．4g/cm3，有著良好的力學(xué)性能、吸濕性能、熱穩(wěn)定性能、阻燃性能、染色性能、耐磨性能和柔軟性能等。鄧沁蘭等對生物基尼龍56纖維性能進行了研究，結(jié)果表明:生物基尼龍56纖維具有優(yōu)良的加工性能和力學(xué)性能，但其保溫性能與耐酸堿性能不強。

郭亞飛等對生物基尼龍56、尼龍66、尼龍6的性能進行了對比研究，結(jié)果表明:生物基尼龍56聚合度分布相對集中，分子量低更易于加工;生物基尼龍56具有更加良好的阻燃性能、耐熱性能、吸濕干燥性能、染色性能，同時具有較高的結(jié)晶度;生物基尼龍56在耐酸堿性上較弱，但也可滿足工業(yè)制作要求。

生物基尼龍56具備諸多優(yōu)良性能，將其廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)領(lǐng)域在一定程度上是可行的，并且有著良好的發(fā)展前景。

一、生物基尼龍56的應(yīng)用研究

1．生物基尼龍56在汽車工程材料的研究

尼龍塑料具有良好的力學(xué)性能、耐溫性能和耐腐蝕性能，可以制作汽車外飾品和發(fā)動機周邊零部件等車用制品。尼龍塑料具有質(zhì)量輕的特點，使得其在汽車輕量化發(fā)展上有良好的前景。

生物基尼龍56具有優(yōu)良的力學(xué)性能，在基礎(chǔ)物理性能上與尼龍66、尼龍6接近。因此，在一定程度上可以用生物基尼龍56來代替尼龍66和尼龍6在汽車工程材料方面的應(yīng)用。

薛彬彬?qū)⒅谱鞒尚偷纳锘猃?6、尼龍66應(yīng)用于冠帶層中的簾子布進行測試，研究了生物基尼龍56在乘用車輪胎冠帶層中的應(yīng)用性能。

圖源：汽車之家

玻璃纖維的強度遠高于尼龍的強度，玻璃纖維的加入可以使基材的承載能力提高，有效地將負荷由局部傳遞至整個材料，從而提高尼龍的力學(xué)性能。

葉士兵研究了采用玻璃纖維分別增強生物基尼龍56、尼龍6和尼龍66的性能，并評估生物基尼龍56代替尼龍66在車用工程中應(yīng)用的可行性。結(jié)果表明:玻璃纖維增強生物基尼龍56的熔點、拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量都介于玻璃纖維增強尼龍66和玻璃纖維增強尼龍6之間;玻璃纖維增強生物基尼龍56的耐熱和耐油性能與玻璃纖維增強尼龍66、玻璃纖維增強尼龍6接近。

玻璃纖維增強生物基尼龍56與玻璃纖維增強尼龍66、玻璃纖維增強尼龍6的大部分性能接近。但由于玻璃纖維增強生物基尼龍56的吸水率最高，所以其濕態(tài)性能變化大，在吸水后的拉伸強度降低最顯著，耐水解(醇解)性能最差，這些弱點使其在車用工程方面的應(yīng)用仍不能完全代替尼龍66。

從性能上來看，生物基尼龍56本身就具有優(yōu)良的基本物理性能、力學(xué)性能、耐熱性能、耐油性能等，若對其進行增強改性，使其性能進一步提升，將使得生物基尼龍56在部分車用工程材料上得到很好的應(yīng)用。但由于生物基尼龍較強的吸水性，限制了其在車用工程材料方面的應(yīng)用。若要使其在車用工程材料方面的應(yīng)用能夠得到很好的應(yīng)用，則需要對其繼續(xù)深入研究以減小其吸水性。

2.生物基尼龍56在紡織和著色的研究

生物基尼龍56具備本體阻燃、高耐磨性能、優(yōu)良的吸濕快干性能等優(yōu)點，是一種優(yōu)良的紡織材料，可應(yīng)用于紡織服用領(lǐng)域中各種紡織服裝的制作。于偉才對生物基尼龍56的可紡性進行了探析，通過對生物基尼龍56進行擠出紡絲發(fā)現(xiàn)其熔融性能好。

從流變行為上來看，生物基尼龍56具有可紡性。孫彥潔通過流變和紡絲實驗對生物基尼龍56的批量化紡絲生產(chǎn)進行了探究。結(jié)果表明:生物基尼龍56的熔融性能良好，具有可紡性，在批量生產(chǎn)上有良好的前景。但由于設(shè)備上的客觀因素，導(dǎo)致生物基尼龍56紡出的絲不連續(xù)且間斷。生物基尼龍56在工業(yè)化紡絲生產(chǎn)中需要進一步的優(yōu)化。

HAOXM等對生物基尼龍56纖維、尼龍66纖維和尼龍6纖維的性能進行對比研究。結(jié)果表明:生物基尼龍56聚合度分布相對較窄，結(jié)晶度高，黏度穩(wěn)定，更加有利于紡絲，纖維的強度也更高，具有良好的熱穩(wěn)定性和耐熱性。

ELTAHIRYA用差示掃描量熱(DSC)法、廣角X射線衍射(WAXD)分析、生物法和拉伸測試法對生物基尼龍56、尼龍6纖維進行測定表征。結(jié)果表明:生物基尼龍56纖維的韌性和拉伸模量優(yōu)于尼龍6纖維;生物基尼龍56纖維雖然在力學(xué)性能上略低于尼龍6纖維，但是也不失為一種極具競爭生產(chǎn)力的纖維。

張晨等對生物基尼龍56進行低速紡絲，并對生物基尼龍56、尼龍66和尼龍6的性能進行對比。結(jié)果表明:生物基尼龍56紡絲的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能良好;生物基尼龍56長絲有更加優(yōu)良的彈性回復(fù)性能和沸水收縮性能。王學(xué)利等對生物基尼龍56進行高速紡絲，并與尼龍66、尼龍6的性能進行對比。

結(jié)果表明:生物基尼龍56纖維在高速紡絲下具有良好的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能，其沸水收縮率和回潮率皆優(yōu)于尼龍66和尼龍6纖維，在工藝上可進一步優(yōu)化以提高生物基尼龍56纖維的性能。

WANGY等用高速紡絲制備圓形截面和三葉形截面生物基尼龍56纖維，并對生物基尼龍56的預(yù)取向絲(POY)、拉伸變形絲(DTY)結(jié)構(gòu)性能進行研究。結(jié)果表明:POY中以Y相為主，具有較高的結(jié)晶度和取向度;DTY中Y相轉(zhuǎn)變?yōu)棣料?，具有較好的吸濕性能、染色性能和色牢度;圓形截面的力學(xué)性能高于三葉形截面，但吸濕性能不如三葉形截面。

胡翱翔等通過參考尼龍66性能及紡絲工藝來調(diào)節(jié)生物基尼龍56的POY紡絲工藝。結(jié)果表明:生物基尼龍56的熔融和紡絲溫度相對較低。油嘴高度會影響絲條張力，從而影響可紡性。

張俊輝等通過掃描電鏡觀察生物基尼龍56長絲表面形態(tài)，并對其性能進行研究。結(jié)果表明:生物基尼龍56長絲的可編織性能和綜合服役性能良好，其表面光滑、均勻平直，具有一定的強度和柔軟性，擁有優(yōu)良的可編織性;生物基尼龍56長絲的頂破強度、頂破高度耐磨損性、透濕性和透氣性良好;生物基尼龍56長絲針織物的懸垂度、美感系數(shù)與尼龍66、尼龍6接近，但其懸垂性不強。

孫燕琳等研究了用納米纖維素/改性混合漿液對生物基尼龍56纖維性能的影響。結(jié)果表明:采用納米纖維素/改性混合漿液對生物基尼龍56纖維上漿后可增強其力學(xué)性能，并降低毛羽值;固含量的增多會使?jié){液黏度增大，加入納米纖維以代替改性淀粉能降低漿液黏度，降低毛羽值的效果更好，可以有效提升漿液在生物基尼龍56纖維表面的成膜性能。

楊富玲等對生物基尼龍56混合紡紗進行探析，將生物基尼龍56短纖維和棉、黏膠、莫代爾分別進行混合紡紗并對紡紗紗線進行性能測試。結(jié)果表明:混合紗線兼具生物基尼龍56的力學(xué)性能和纖維素的吸濕性能。用不同纖維混合紡紗使得混合纖維紡紗兼具不同纖維的優(yōu)良性能，可提高纖維的附加值。

王靜茹等以紡織參數(shù)對生物基尼龍56紡織的影響進行了探析。結(jié)果表明:紗線捻度越大撕破斷裂強力越弱，紗線斷裂強力越大，織物的斷裂強度就越大。

生物基尼龍56纖維可應(yīng)用于地毯、衣著服裝、家用織物、防護護具、軍事服裝等產(chǎn)品的制備。生物基尼龍56在生產(chǎn)應(yīng)用中節(jié)能環(huán)保，對環(huán)境危害小，相對于尼龍66等尼龍制品生產(chǎn)具有一定的優(yōu)勢。

從生物基尼龍56的熔融性能和流變行為來看，生物基尼龍56具備可紡性，但是生物基尼龍56的紡絲過程會受到工藝參數(shù)和紡絲設(shè)備的影響，可以通過進一步優(yōu)化工藝參數(shù)和改變成型加工方法以提高紡絲制備的生物基尼龍56纖維的性能。

生物基尼龍56纖維的力學(xué)性能不弱于尼龍6纖維和尼龍66纖維，生物基尼龍56纖維還具有更好的熱穩(wěn)定性能、沸水收縮性能和透濕性。不同形態(tài)的生物基尼龍56纖維的性能存在差異。生物基尼龍56纖維紡織物在服裝行業(yè)將有望成為一種極具競爭力的材料。

李寧寧等采用弱酸性染料對生物基尼龍56織物、尼龍66織物進行染色，并對2種尼龍織物的染色性能進行對比研究。結(jié)果表明:生物基尼龍56可以低溫染色且染色速率快，上染速率和半染速率高于尼龍66;生物基尼龍56耐摩擦色牢度良好但耐洗色牢度較弱，可通過固色處理改善其色牢度。

趙霞霞等用酸性染料對生物基尼龍56織物和尼龍6進行染色，并對2種尼龍織物的染色性能進行對比研究。結(jié)果表明:生物基尼龍56的上染速率高于尼龍6，但保溫性相對較弱;經(jīng)固色處理后生物基尼龍56的色牢度可接近尼龍6。

曹詩慧等用還原染料對生物基尼龍56織物進行染色研究。結(jié)果表明:還原染料染色生物基尼龍56有很好的耐摩擦、耐汗?jié)n、耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度。

馬雪松等用Eriofast系列活性染料對生物基尼龍56、尼龍66進行染色對比研究。結(jié)果表明:相比于尼龍66，生物基尼龍56有較好的染色性能和上染速率，同時具有低溫可染性。

ZHANGSY等在生物基尼龍56纖維中加入增白劑、采用原位聚合、共融互混法在紡絲工藝下提升生物基尼龍56纖維的色值。熒光增白母粒熔融共混法在合適的工藝條件下可以提升纖維色值，使其有良好的耐黃變性、耐久性和力學(xué)性能。

生物基尼龍56纖維具有很好的耐磨性和耐阻燃性。這將使其在軍事、防護服裝上具有良好的應(yīng)用。生物基尼龍纖維56還有很好的吸濕快干性、優(yōu)良的力學(xué)性能，這將使其在運動服裝上具有良好的應(yīng)用。

生物基尼龍56不論是在弱酸性染料、活性染料，還是還原性染料上都具有良好的染色性能。不同的染色劑可用不同的染色工藝優(yōu)化染色性能，還可用固色處理提高色牢度，這使得其在時尚、高質(zhì)量服裝上能有很好的應(yīng)用。

3.生物基尼龍56在過濾膜上的研究應(yīng)用

隨著環(huán)境的污染，空氣和水質(zhì)存在危害雜質(zhì)，對人們生活造成影響。生物基尼龍56薄膜具有較優(yōu)良的力學(xué)性能，可用于制作過濾膜以過濾空氣和水。

劉玥波制備了靜電紡絲生物基尼龍56納米纖維膜，并對其力學(xué)性能進行研究，用生物基尼龍56的紡絲液進行靜電紡絲并對其進行測試和表征分析。結(jié)果表明:纖維膜具有良好的力學(xué)性能，均勻性會隨紡絲液濃度的增大而增大，達到最大值后將隨絲液濃度增大而減小;當(dāng)膜達到最均勻時具有最佳的力學(xué)性能，此時膜具有較好的力學(xué)強度。

綜合來看生物基尼龍56蛛網(wǎng)纖維膜較其他膜具有更優(yōu)良的性能，其過濾效率高，有較好的力學(xué)性能、阻燃性能，且塵容量大。

上海碧云天生物技術(shù)有限公司的尼龍膜

結(jié)果表明:PA56NFN膜能夠有效過濾細小顆粒，具有過濾效率高、空氣阻力小、壽命長、孔徑小、孔隙率高、聯(lián)結(jié)支架的優(yōu)良性能;同時，表現(xiàn)出很好的力學(xué)性能，PA56NFN過濾空氣顆粒的納濾膜的過濾效率優(yōu)于傳統(tǒng)材料如聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚砜等制備的過濾膜。

新型PA56NFN膜可生產(chǎn)應(yīng)用于家用、工業(yè)等的空氣過濾塞、醫(yī)用防護口罩等。作為一種新型的制膜材料，生物基尼龍56在制作飲水過濾器和防護面罩上具有優(yōu)良的應(yīng)用前景。

二、對生物基尼龍56進行改性的研究應(yīng)用

1.力學(xué)性能改性研究

生物基尼龍56本身便具有較好的力學(xué)性能。若進一步增強生物基尼龍56的力學(xué)性能，使其具有超韌性和高抗沖性，將擴大其在工程材料上的應(yīng)用。

WANGY等通過用馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)與生物基尼龍56進行熔融共混擠出，并對其相容性和力學(xué)性能進行測試分析。結(jié)果表明:彈性體乙烯-辛烯共聚物(POE)與生物基尼龍56有很好的相容性。經(jīng)改性后的生物基尼龍56具有超韌性和超抗沖性。

隨著POE-g-MAH的增加，復(fù)合材料的韌性逐漸增強，當(dāng)共混物中POE-g-MAH的質(zhì)量分數(shù)達到20%時，改性后的復(fù)合材料生物基尼龍56的韌性達到最佳，能夠到達工業(yè)上對尼龍在超韌性和超抗沖性能上的要求。

WANGY等通過將生物基尼龍56和POE接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(POE-g-GMA)共混擠出制備改性生物基尼龍56復(fù)合材料，并對其性能進行測試。

結(jié)果表明:生物基尼龍56與增韌劑有良好的相容性，POE-g-GMA可以有效地分散應(yīng)力，降低缺口敏感性，顯著提高生物基尼龍56的韌性和抗沖能力。當(dāng)POE的質(zhì)量分數(shù)到達20%時可以達到超韌性。改性的生物基尼龍56復(fù)合材料的超韌性和抗沖能力將可用于汽車制造保險杠、車身板、車門等零件生產(chǎn)。

通過將生物基尼龍56和彈性體共混的方法，可以使生物基尼龍56的韌性和抗沖性能得到較好的提升，可以達到工業(yè)要求的超韌性和高抗沖的要求。

提高彈性體和生物基尼龍56的界面結(jié)合強度和相容性，可以更好地增強生物基尼龍56的韌性和抗沖性。不過這種方法會影響生物基尼龍56的結(jié)晶行為，使其結(jié)晶度、穩(wěn)定性和強度下降。達到超韌性和高抗沖性的生物基尼龍56在電子電器、機械軸承和航天航空的零件等諸多方面將有良好的應(yīng)用前景。

2．抗菌改性研究

對生物基尼龍56進行改性使其具備抗菌性和一定的紫外防護性，將使其在服用防護方面有更廣泛的應(yīng)用。XUECF等對用尸氨制備生物基尼龍56和抗菌納米纖維膜進行研究，用靜電紡絲制得生物基尼龍56納米纖維膜(PAM)，將活性紅141染料與聚丙烯酰胺的氨基反應(yīng)，得到了染色膜(P-Dye)。

將聚六亞甲基雙胍(PHMB)連接到P-Dye上產(chǎn)生P-Dye-PHMB，用于促進PHMB附著的含有藻酸鹽(Alginate)的PAM(P-Alg-PHMB)與P-Dye-PHMB對大腸桿菌和惡臭假單胞晶的抗菌活性。

PHMB上的陽離子氨基與細菌細胞壁中的陰離子磷脂之間的相互作用，通過外膜中主要核心脂多糖的陽離子置換，使得膜具有抗菌性。P-Alg-PHMB納米纖維比P-Dye-PHMB膜具有更好的抗菌活性，同時P-Alg-PHMB對大腸桿菌和惡臭假單胞菌表現(xiàn)出優(yōu)良的抑菌效果。

相對于純生物基尼龍56，生物基尼龍56/PHGM的熱性能略微降低，但抗菌性能優(yōu)良，生物基尼龍56中加入少量PHMG時，復(fù)合材料便可達到90%的抑菌率。

GAOA等研究了用苯醌衍生物活性藍(P-3R)和二苯甲酮光活性衍生物(BPTCA)與生物基尼龍56的氨基反應(yīng)進行改性獲得具有優(yōu)良紫外線防護性能和良好的抗菌性能的生物基尼龍56織物。改性后的生物基尼龍56織物產(chǎn)生的羥基自由基具有很好的抗菌活性，P-3R和BPTCA中含有能吸附紫外線的官能團。

BRTCA和P-3R是光活性化合物，加入生物基尼龍56織物中后保留了他們的光活性，同時突出了這2種化合物的協(xié)同作用。因此，改性后的生物基尼龍56織物將具有良好的抗菌性能和紫外線防護性能。用PHGM改性生物基尼龍56將使其具備優(yōu)良的抗菌性能。

用苯醌衍生物改性生物基尼龍56不僅能使其具備優(yōu)良的抗菌性，還會使其具備優(yōu)良的紫外線防護性能。具有良好抗菌性能和紫外防護性能的生物基尼龍56在多功能防護服、生物醫(yī)學(xué)、食品保質(zhì)上將有良好的應(yīng)用前景。

雖然我國已在生物基尼龍56的生產(chǎn)上取得突破性進展，特別是上海凱賽生物技術(shù)股份有限公司將關(guān)鍵酶效率提高了100倍。但生物基尼龍56的生產(chǎn)仍需要進一步優(yōu)化以獲得穩(wěn)定的淀粉來源，減少副產(chǎn)物，降低能源消耗，提高產(chǎn)率。生物基尼龍56的批量、大規(guī)模、低成本、工業(yè)化生產(chǎn)仍是一個需要攻克的難關(guān)。

解決這些問題需要相關(guān)企業(yè)和科研單位共同合作研發(fā)創(chuàng)新以優(yōu)化生產(chǎn)工藝，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，完善生產(chǎn)鏈以促進生物基尼龍56的發(fā)展，提高生物基尼龍56的競爭力。

生物基尼龍56本身便具有阻燃性，但若能在將氮系或磷系阻燃劑加入生物基尼龍56中，并通過機械共混的方法進行制備。使其具備高阻燃性、低毒性、環(huán)保低污染等特點，將能提高其在電子器材和耐高溫纖維制品方面的應(yīng)用。