天然紡織纖維原料種類繁多，轉(zhuǎn)化方法多樣，產(chǎn)品豐富。天然紡織纖維原料過程工程原理與應(yīng)用從天然紡織纖維原料特征分析入手，利用過程工程及生態(tài)學(xué)原理，梳理歸納了其共性轉(zhuǎn)化規(guī)律，提出了天然紡織纖維原料生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式。
天然紡織纖維原料過程工程原理與應(yīng)用在總結(jié)天然紡織纖維原料煉制共性規(guī)律和方法的基礎(chǔ)上，分別對莖稈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、韌皮纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、葉脈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、植物蛋白纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、廢棄動(dòng)物毛纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、海洋生物纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)和發(fā)酵纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行論述，分析了其具體存在的問題及新技術(shù)、新方法和生態(tài)產(chǎn)業(yè)模式。
天然紡織纖維原料過程工程原理與應(yīng)用可供從事紡織纖維科學(xué)研究、教學(xué)的科研人員及研究生閱讀，也可為從事生物質(zhì)資源利用和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的科技人員和管理人員提供參考。
陳洪章、彭小偉編寫的《天然紡織纖維原料過程工程原理與應(yīng)用》在總結(jié)天然紡織纖維原料煉制共性規(guī)律和方法的基礎(chǔ)上，分別對莖稈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、韌皮纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、葉脈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、植物蛋白纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、廢棄動(dòng)物毛纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)、海洋生物纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)和發(fā)酵纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行論述，分析了其具體存在的問題及新技術(shù)、新方法和生態(tài)產(chǎn)業(yè)模式。
前言
第1章 緒論
1.1 紡織原料的發(fā)展歷程
1.2 天然紡織纖維原料及其纖維制備方式
1.3 天然纖維和再生纖維的特點(diǎn)
1.3.1 天然纖維
1.3.2 再生纖維
1.4 天然紡織纖維原料煉制存在的問題
1.5 過程工程與天然紡織纖維原料煉制
1.5.1 過程工程原理及內(nèi)涵
1.5.2 過程集成理論基礎(chǔ)
1.5.3 過程研究開發(fā)思路與方法
1.5.4 天然紡織纖維原料過程工程
1.6 天然紡織纖維原料煉制新模式
1.6.1 過程替代
1.6.2 原料替代
1.6.3 綜合利用
1.6.4 生物量全利用技術(shù)集成和生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的建立
參考文獻(xiàn)
第2章 天然紡織纖維原料種類與特性
2.1 植物纖維原料
2.1.1 種子纖維
2.1.2 韌皮纖維
2.1.3 葉脈纖維
2.1.4 莖稈纖維
2.1.5 植物蛋白纖維
2.1.6 海藻纖維
2.2 動(dòng)物纖維原料
2.2.1 動(dòng)物毛
2.2.2 蠶絲
2.2.3 甲殼素
2.3 微生物纖維原料
參考文獻(xiàn)
第3章 天然紡織原料研究方法
3.1 原料預(yù)處理
3.1.1 物理預(yù)處理方法
3.1.2 化學(xué)預(yù)處理方法
3.1.3 生物預(yù)處理方法
3.1.4 汽爆預(yù)處理方法
3.2 原料組分分離與綜合利用
3.2.1 半纖維素的分離與利用
3.2.2 木質(zhì)素分離與利用
3.2.3 羊毛脂的分離與利用
3.2.4 藥用成分的提取與分離
3.3 原料組分分析與表征
3.3.1 化學(xué)分析方法
3.3.2 儀器分析方法
3.4 纖維制備與改性
3.4.1 天然纖維制備
3.4.2 再生纖維制備
3.4.3 纖維改性
參考文獻(xiàn)
第4章 天然紡織纖維原料生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈基本原理
4.1 生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈原理
4.1.1 生態(tài)產(chǎn)業(yè)要素
4.1.2 生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的理論基礎(chǔ)
4.2 生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的三個(gè)層次
4.3 生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的特點(diǎn)和功能
4.3.1 注重整體生態(tài)效率
4.3.2 梯級循環(huán)利用資源
4.3.3 促進(jìn)企業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型
4.3.4 保護(hù)生態(tài)環(huán)境
4.3.5 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)境雙贏
4.4 天然紡織纖維原料生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建
4.4.1 技術(shù)創(chuàng)新
4.4.2 技術(shù)集成
4.4.3 經(jīng)濟(jì)分析
參考文獻(xiàn)
第5章 莖稈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)
5.1 莖稈纖維資源特性及利用現(xiàn)狀
5.1.1 木材纖維
5.1.2 秸稈纖維
5.1.3 竹纖維
5.2 莖稈纖維產(chǎn)品特性及制備方法
5.2.1 竹纖維產(chǎn)品
5.2.2 黏膠纖維
5.2.3 新型功能纖維
5.3 產(chǎn)業(yè)目前存在的問題
5.4 生態(tài)產(chǎn)業(yè)開發(fā)的可行性分析
5.5 生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
5.6 生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式
5.7 生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)示范
參考文獻(xiàn)
第6章 韌皮纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)
6.1 韌皮纖維資源狀況
6.2 韌皮纖維原料生態(tài)特征及應(yīng)用現(xiàn)狀
6.2.1 生態(tài)特征
6.2.2 應(yīng)用現(xiàn)狀
6.3 韌皮纖維原料化學(xué)組分
6.3.1 韌皮纖維的化學(xué)組成與特性
6.3.2 韌皮纖維植物根、葉、花和籽成分
6.4 韌皮纖維產(chǎn)業(yè)目前存在的問題
6.5 建設(shè)新的韌皮纖維原料生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的必要性
6.6 韌皮纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)
6.6.1 原料基礎(chǔ)
6.6.2 行業(yè)現(xiàn)狀
6.6.3 新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用
6.7 韌皮纖維原料生態(tài)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方向
6.8 韌皮纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
6.8.1 韌皮纖維傳統(tǒng)脫膠
6.8.2 韌皮纖維化學(xué)脫膠
6.8.3 韌皮纖維生物脫膠
6.8.4 韌皮纖維微波、超聲波物理脫膠
6.8.5 韌皮纖維汽爆清潔脫膠
6.8.6 韌皮纖維改性
6.8.7 韌皮纖維原料及加工落物的綜合利用
6.9 韌皮纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)示范
參考文獻(xiàn)
第7章 葉脈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)
7.1 葉脈纖維資源及利用現(xiàn)狀
7.2 葉脈纖維的特性及用途
7.2.1 菠蘿纖維
7.2.2 香蕉纖維
7.3 植物葉脈纖維紡織原料加工存在的問題
7.4 植物葉脈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點(diǎn)方向
7.4.1 高值化利用
7.4.2 擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模
7.4.3 加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定
7.4.4 清潔生產(chǎn)
7.4.5 綜合利用
7.5 葉脈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
7.5.1 植物葉脈纖維原料刮制機(jī)械制備技術(shù)
7.5.2 葉脈纖維脫膠技術(shù)
7.5.3 葉脈纖維原料組分的綜合利用技術(shù)
7.5.4 葉脈纖維的改性技術(shù)
7.6 葉脈纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式
參考文獻(xiàn)
第8章 植物蛋白纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)
8.1 植物蛋白資源特點(diǎn)
8.1.1 玉米蛋白
8.1.2 棉仁蛋白
8.1.3 大豆蛋白
8.2 植物蛋白產(chǎn)業(yè)存在的問題
8.2.1 玉米蛋白產(chǎn)業(yè)
8.2.2 棉籽粕產(chǎn)業(yè)
8.3 植物蛋白的成分及理化性質(zhì)
8.3.1 玉米蛋白的成分及理化性質(zhì)
8.3.2 棉仁蛋白的成分及理化性質(zhì)
8.4 植物蛋白纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)開發(fā)可行性分析
8.4.1 玉米蛋白纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)開發(fā)的可行性分析
8.4.2 棉仁蛋白生態(tài)產(chǎn)業(yè)開發(fā)的可行性分析
8.5 植物蛋白纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
8.5.1 植物蛋白原料組分分離技術(shù)
8.5.2 植物蛋白提取技術(shù)
8.5.3 植物蛋白接枝改性技術(shù)
8.5.4 植物蛋白與黏膠混紡技術(shù)
8.6 植物蛋白纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式
參考文獻(xiàn)
第9章 廢棄動(dòng)物毛纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)
9.1 動(dòng)物毛資源分布
9.1.1 全國養(yǎng)羊概況
9.1.2 羊毛資源分布
9.1.3 其他動(dòng)物毛資源分布
9.2 廢棄動(dòng)物毛的成分及理化性質(zhì)
9.2.1 羊毛的成分及理化性質(zhì)
9.2.2 羽毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)和成分
9.2.3 角蛋白的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
9.3 產(chǎn)業(yè)目前存在的問題
9.4 廢棄動(dòng)物毛生態(tài)產(chǎn)業(yè)開發(fā)的可行性分析
9.5 廢棄動(dòng)物毛生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
9.5.1 廢棄動(dòng)物毛中角蛋白的提取
9.5.2 角蛋白與不同的載體交聯(lián)、共混制備纖維或地膜
9.5.3 角蛋白制備有機(jī)飼料
9.5.4 角蛋白制備后整理劑
9.5.5 羊毛脂的提取及其應(yīng)用
9.6 廢棄動(dòng)物毛生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式
9.6.1 羊毛生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式
9.6.2 羽毛生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式
參考文獻(xiàn)
第10章 海洋生物纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)
10.1 豐富的海洋纖維資源
10.2 海洋生物纖維的特點(diǎn)及其用途
10.2.1 海藻纖維
10.2.2 甲殼素
10.2.3 海洋生物纖維資源非纖維組分及用途
10.3 海洋生物纖維產(chǎn)業(yè)目前存在的問題
10.4 海洋生物纖維資源生態(tài)開發(fā)可行性分析
10.5 海洋生物纖維資源生態(tài)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及重要產(chǎn)品
10.5.1 原料煉制技術(shù)
10.5.2 新型共混海藻纖維制備技術(shù)
10.5.3 海藻復(fù)合纖維制備技術(shù)
10.5.4 功能性海藻纖維的制備
10.5.5 海藻纖維面料的研究與開發(fā)
10.5.6 甲殼素纖維
10.6 海藻纖維開發(fā)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈模式
參考文獻(xiàn)
第11章 發(fā)酵纖維生態(tài)產(chǎn)業(yè)
11.1 發(fā)酵纖維的性能與制備方法
11.1.1 PLA纖維
11.1.2 PTT纖維
11.1.3 PHA系列纖維
11.1.4 細(xì)菌纖維素
11.2 產(chǎn)業(yè)目前存在的問題
11.2.1 PLA纖維產(chǎn)業(yè)存在的問題
11.2.2 PTT纖維產(chǎn)業(yè)存在的問題
11.2.3 PHA纖維產(chǎn)業(yè)存在的問題
11.2.4 細(xì)菌纖維素存在的問題
11.3 發(fā)酵材料開發(fā)的可行性分析
11.4 發(fā)酵纖維開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
11.4.1 木質(zhì)纖維素?zé)捴?/span>
11.4.2 玉米原料煉制工程——汽爆組分分離及各組分定向轉(zhuǎn)化
11.5 發(fā)酵材料生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式
11.6 發(fā)酵材料生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)示范
11.6.1 以秸稈資源為原料發(fā)酵生產(chǎn)生化原料的生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)示范
11.6.2 以玉米為原料發(fā)酵生產(chǎn)生化原料的生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)示范
參考文獻(xiàn)
第1 章 緒 論
隨著人們生活水平的提高， “回歸自然” 成為世界潮流， 人們對與人體親密接觸的服飾自然更加講究。來源于生物體的天然紡織纖維具有自然、舒適、生物相容性好和可再生等優(yōu)點(diǎn)， 受到大眾的青睞， 天然紡織纖維原料越來越成為紡織行業(yè)的寵兒。天然紡織纖維原料種類繁多， 有植物的韌皮部、葉、莖稈和植物蛋白， 動(dòng)物的毛發(fā)、蠶絲和外殼等， 還有藻類和通過微生物發(fā)酵而成的細(xì)菌纖維素和PHA 等。應(yīng)用天然紡織纖維原料制備紡織纖維， 需要經(jīng)提取、改性或再生等過程， 這些過程往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染， 如麻纖維化學(xué)脫膠產(chǎn)生大量的高COD廢水， 黏膠纖維的制備過程產(chǎn)生大量的有毒氣體二硫化碳。如何實(shí)現(xiàn)紡織纖維的高效清潔制備是學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和有關(guān)部門共同關(guān)注的問題。
過程工程是以研究物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物轉(zhuǎn)化過程（包括物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、傳遞、反應(yīng)及其相互關(guān)系） 的過程科學(xué)為基礎(chǔ)， 任務(wù)是解決實(shí)驗(yàn)室成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的瓶頸問題， 創(chuàng)建清潔高效的工藝、流程和設(shè)備， 其要點(diǎn)是解決不同領(lǐng)域過程中的共性問題［1 ，2 ］ 。利用過程工程的思路和方法， 在研究天然纖維原料特性的基礎(chǔ)上， 從天然原料中高效、清潔、經(jīng)濟(jì)地分離制備紡織纖維， 通過多種技術(shù)工藝的交叉和融合， 在分離制備紡織纖維的同時(shí)， 對原料的非纖維組分進(jìn)行綜合利用， 形成一些獨(dú)具特色的天然纖維原料生態(tài)產(chǎn)業(yè)集成， 是天然紡織纖維原料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新思路。
1.1 紡織原料的發(fā)展歷程
衣、食、住、行是人類生存的四大要素， 衣乃四維之冠。在歷史發(fā)展的長河中， 人們的穿著經(jīng)歷了蔽體遮羞、保暖、美觀、舒適和環(huán)保等幾個(gè)階段。我國是世界文明古國， 在現(xiàn)代紡織工業(yè)出現(xiàn)以前， 已有悠久的手工紡織業(yè)歷史。遠(yuǎn)在新石器時(shí)代， 人們已經(jīng)開始利用葛、麻等韌皮纖維紡紗織布。4700 多年前， 已能制造比較精細(xì)的絲綢。經(jīng)過長期的發(fā)展， 到商周時(shí)期， 規(guī)格化的布（苧麻為原料） 已經(jīng)作為商品在市場上廣泛流通。春秋戰(zhàn)國時(shí)期和西漢初年， 紡織技術(shù)已達(dá)到很高的水平， 主要原料為麻和絲。養(yǎng)蠶取絲是舉世公認(rèn)的偉大發(fā)明之一， 早在2000 多年前就傳往東南亞， 1800 多年前傳到朝鮮和日本， 1600 多年前傳到中亞， 1400 多年前傳到希臘， 900 年前傳到意大利， 意大利人正是受到養(yǎng)蠶吐絲的啟發(fā)后發(fā)明了化學(xué)纖維的生產(chǎn)技術(shù)！ 從漢代到唐代， 大量的精美絲織品經(jīng)由海路和陸路向外輸出， 開拓了歷史上著名的“絲綢之路” ， 中國因此被歐亞諸國譽(yù)為“絲綢之國” 。到了兩宋和元代， 隨著棉花在中原地區(qū)和長江流域的廣泛種植， 手工棉紡織業(yè)得到迅速發(fā)展， 棉花逐漸成為主要的紡織原料。
由于棉花適宜于集中種植， 單位產(chǎn)量高， 服用性能好， 再加上棉紡織加工技術(shù)的發(fā)展， 特別是18 世紀(jì)中葉開始， 以蒸汽機(jī)為動(dòng)力， 以棉紡織工業(yè)為帶頭產(chǎn)業(yè)， 兩者的結(jié)合率先在英國構(gòu)成推動(dòng)世界第一次產(chǎn)業(yè)革命的原動(dòng)力， 從此棉花生產(chǎn)登上了世界紡織纖維的主導(dǎo)地位， 直至20 世紀(jì)50 年代， 棉花及棉紡織工業(yè)一直處于世界紡織工業(yè)的中心地位。蠶絲、羊毛雖然歷史也很悠久， 但是由于養(yǎng)殖條件和地域環(huán)境上的種種限制， 產(chǎn)量一直處于微弱地位， 只能當(dāng)做一種珍貴紡織原料而存在。因此， 從世界第一次產(chǎn)業(yè)革命到20 世紀(jì)中葉， 以棉花為基礎(chǔ)的紡織工業(yè)先后統(tǒng)治世界紡織工業(yè)達(dá)200 年之久。
第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后， 以黏膠纖維為主體的纖維素纖維和以“耐綸、滌綸、腈綸” 為三大支柱的合成纖維開始進(jìn)入工業(yè)化大生產(chǎn)。化學(xué)纖維的誕生和發(fā)展是世界紡織工業(yè)史上的一次偉大革命， 它正改變著紡織工業(yè)的整個(gè)面貌。在短短30 多年的時(shí)間里， 一方面， 它從數(shù)量上把紡織工業(yè)幾千年來依附于農(nóng)業(yè)的一元型屬性推進(jìn)到以農(nóng)業(yè)和工業(yè)加工型為特征的二元型結(jié)構(gòu)體系上來； 另一方面，它從使用性能上可以依靠人們的智慧和力量創(chuàng)造出具備前所未有的特殊功能的纖維， 使之成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)藥衛(wèi)生和許多高科技領(lǐng)域中的基本原材料， 把紡織工業(yè)由原來的單純加工業(yè)發(fā)展成原材料工業(yè)+ 加工工業(yè)的復(fù)合型產(chǎn)業(yè)的地位［3］ 。
人們生活質(zhì)量在不斷提高， 越來越追求舒適、環(huán)保的服飾。天然紡織纖維由于存在穿著舒適、透氣性好、有保健作用、防靜電和抗菌等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞， 同時(shí)天然紡織纖維具有可生物降解和可再生的特征， 符合清潔環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展要求。石油等化石資源在不斷枯竭， 可以預(yù)見， 天然紡織原料將成為紡織產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)原料。天然紡織纖維將保持強(qiáng)勁的市場需求態(tài)勢， 清潔天然原料煉制技術(shù)的應(yīng)用以及新型天然纖維原料開發(fā)將取得更大進(jìn)展。純天然竹原纖維、桑皮纖維、羅布麻纖維、菠蘿葉纖維和椰子殼纖維等將成為紡織業(yè)的常用原料。
1.2 天然紡織纖維原料及其纖維制備方式
天然紡織纖維原料是指自然界存在的紡織纖維原料， 包括植物纖維原料、動(dòng)物纖維原料、微生物發(fā)酵原料和礦物纖維原料。由于礦物纖維原料使用范圍窄、不可再生， 本書不予討論。植物纖維原料來源于植物的韌皮部（如苧麻和桑皮） 、植物葉（如菠蘿葉和劍麻） 、植物莖稈（如竹子） 、植物種子（如大豆蛋白） 、植物果實(shí)（如椰殼） 和海藻等。動(dòng)物纖維原料主要為動(dòng)物的毛發(fā)、甲殼類動(dòng)物外殼和蠶分泌的蠶絲。來源于微生物的纖維原料有細(xì)菌纖維素、乳酸和聚羥基脂肪酸酯等。
由天然紡織纖維原料提取和制備纖維的方式主要有： ① 機(jī)械分離， 天然纖維中棉纖維的纖維素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 下同） 達(dá)到90 % ， 直接從棉籽上機(jī)械分離便可用做紡織原料。② 植物纖維脫膠， 植物韌皮部、葉和果中的纖維素的含量較低， 提取紡織纖維需要去除纖維素以外的其他組分， 通常稱為脫膠， 脫膠方式有化學(xué)脫膠、生物脫膠和汽爆脫膠（在以后的章節(jié)中將詳述） 。③ 微生物發(fā)酵制備，微生物利用淀粉或纖維素等作為碳源定向轉(zhuǎn)化生產(chǎn)具有特殊功能的纖維， 如細(xì)菌纖維素（bacterial cellulose ， BC） 和聚羥基脂肪酸酯（polyhydroxy alkanoates ，PHA） 等， 隨著生物質(zhì)煉制技術(shù)和發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)步， 微生物發(fā)酵纖維產(chǎn)業(yè)將逐漸壯大。④ 改性再生， 以自然物中提取的天然高分子化合物為原料， 經(jīng)化學(xué)方法處理后紡成纖維， 如再生纖維素纖維中的黏膠纖維和竹纖維； 以蛋白質(zhì)為原料的有植物蛋白纖維和毛蛋白纖維； 還有甲殼素、殼聚糖和珍珠粉與黏膠共混而成的纖維素纖維。改性再生產(chǎn)生的纖維稱再生纖維， 通常也歸類于人造纖維類， 但其許多性能與天然紡織纖維相似， 有些性能優(yōu)于天然纖維。例如， 黏膠纖維屬再生纖維素纖維， 它的含濕率最符合人體皮膚的生理要求， 具有光滑涼爽、透氣、抗靜電和染色絢麗等特性。再生纖維是天然紡織原料利用的重要形式， 本書將作詳細(xì)討論。
1.3 天然纖維和再生纖維的特點(diǎn)
可以用來制造紡織品的纖維， 稱為紡織纖維。為滿足紡織加工和使用過程中的要求， 紡織纖維必須具備以下物理和化學(xué)性質(zhì)： ① 具有一定的長度和整齊度；② 具有一定的強(qiáng)度； ③ 具有一定的彈性； ④ 具有一定的抱合力和摩擦力； ⑤ 具有一定的吸濕性； ⑥ 化學(xué)穩(wěn)定性好， 具有一定的對光、熱、酸、堿及有機(jī)溶劑等的抵抗能力。
天然紡織纖維原料可直接提取天然纖維， 或經(jīng)化學(xué)方法處理后紡絲制備再生纖維， 它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
1.3.1 天然纖維
不同種類的天然纖維有不同的優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)也存在一些缺陷。
棉纖維的優(yōu)點(diǎn)是穿著柔軟、舒適， 色澤鮮艷， 顏色豐富， 耐熱， 吸水性強(qiáng)，透氣性好； 缺點(diǎn)為易起皺、需整燙、易染色、易發(fā)霉和耐酸性較差。
麻纖維特性與棉基本相似， 吸水性更強(qiáng)， 穿著涼爽； 缺點(diǎn)為易皺， 布料粗糙， 穿著時(shí)沒有光滑的感覺。
取自動(dòng)物身體的毛發(fā)， 主要為羊毛及羊絨， 其優(yōu)點(diǎn)為保暖， 輕， 穿著時(shí)無潮濕感， 柔軟而舒適， 遇水不易掉色； 缺點(diǎn)有水洗處理難， 不能機(jī)洗， 需平干， 易變形， 縮水性強(qiáng)。
蠶絲是衣料中的高檔品種， 是世界上最好的紡織原料之一。蠶絲絲支纖細(xì)，光潔柔軟， 耐磨耐拉， 富有彈性， 而且能夠吸收人體排出的汗?jié)癯睔狻ＰQ絲是天然纖維中最長、最細(xì)、最軟、最光亮的纖維。一個(gè)小小的蠶繭被解開時(shí)， 它的蠶絲可長達(dá)1 km 以上。蠶絲的彈性好， 吸濕性強(qiáng)。但蠶絲也很嬌貴， 不耐日曬，不耐水洗。柞蠶絲比桑蠶絲粗， 耐曬力稍強(qiáng)， 但由于天然色素的存在， 柞蠶絲難以漂白、染色， 日曬后容易泛黃、褪色。用蠶絲織成的絲綢給人的印象是輕薄、飄逸， 是四季皆宜的服裝面料。
1.3.2 再生纖維
再生纖維的大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)與紡前原料所具有的結(jié)構(gòu)相同， 改性后往往被賦予新的性能， 如耐磨、抗腐蝕和阻燃等。再生纖維主要為再生纖維素纖維和再生蛋白纖維。再生纖維素纖維具有類似于天然纖維素纖維的吸濕性強(qiáng)、抗靜電性能好、易染色、作阻燃整理以及所制成的服用織物穿著舒適等優(yōu)點(diǎn)。近年來， 出現(xiàn)的莫代爾（ Modal） 和天絲（ Tencel） 等新一代再生纖維素纖維， 深受消費(fèi)者喜愛。但是， 再生纖維素纖維也具有不可彌補(bǔ)的缺陷： 首先是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，濕強(qiáng)是干強(qiáng)的38 % ～ 42 % ， 尤其是紡織品縮水率達(dá)到10 % 以上； 其次是強(qiáng)力低， 常規(guī)的黏膠纖維強(qiáng)力最高不超過2.85 cN/dtex ， 一般在2.5 cN/dtex 以下，低于1.96 cN/dtex 的纖維難以正常紡紗； 最后， 再生纖維素纖維制備過程污染嚴(yán)重， 目前常規(guī)黏膠生產(chǎn)路線都存在大量廢氣、廢水的排放問題， 雖然在治“廢” 技術(shù)上有些進(jìn)展， 但不能改變其污染嚴(yán)重的局面。
再生蛋白纖維中大豆蛋白纖維織物與人體肌膚有良好的親和性， 光澤柔和，手感柔軟， 懸垂性好， 吸濕、透濕性優(yōu)良， 穿著舒適涼爽， 是制作高檔內(nèi)衣和時(shí)裝的首選面料。該纖維可純紡、混紡， 其紗線可用于機(jī)織和針織， 因此， 它的市場發(fā)展前景良好。而角蛋白纖維是一種由動(dòng)物毛發(fā)加工而成的紡織新材料， 如以羊絨加工后的廢棄物為原料， 通過提取角蛋白， 進(jìn)行化學(xué)加工而制成的纖維。這種纖維既有天然山羊絨所具有的手感柔軟、輕滑舒適的特點(diǎn)， 又有山羊絨所無法比擬的快干、吸汗和透濕功能； 然而其加工過程也存在污染嚴(yán)重的問題。
1.4 天然紡織纖維原料煉制存在的問題
天然紡織原料組分復(fù)雜， 除能用于制備纖維的組分如纖維素和蛋白質(zhì)外， 還有其他組分， 如果膠、半纖維素、木質(zhì)素和脂類等， 這些組分的存在嚴(yán)重影響著纖維組分的提取和再加工。另外， 在纖維制備過程中這些組分往往按廢棄物處理， 既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。事實(shí)上， 這些組分都有其用途， 開發(fā)利用這些組分將其變廢為寶， 不但可以提高原料的綜合利用效率， 還能減少污染， 形成天然紡織纖維原料的良性發(fā)展。歸納起來， 天然紡織纖維原料煉制存在以下幾個(gè)問題：
（1） 對原料組分特性的研究有待深入。原料組分研究是組分分離的基礎(chǔ)， 只有深入研究原料組分結(jié)構(gòu)特性及相互關(guān)系才能將用于制備纖維的組分高效提取出來， 同時(shí)綜合利用其他組分。目前對原料組分的研究主要集中在化學(xué)組成及各組分含量上， 對各組分的空間結(jié)構(gòu)及各組分之間的連接方式和相互關(guān)系還有待于進(jìn)一步研究。
（2） 沒有形成有效的技術(shù)集成。目前天然紡織纖維原料的加工大多是以獲取纖維為唯一目標(biāo)， 其他組分以廢棄物處理， 造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。例如， 原麻纖維脫膠制備精干麻， 所采用的方法都是將原麻中的膠質(zhì)（非纖維素組分） 去除， 保留纖維素組分并盡量不損傷纖維， 保持纖維的強(qiáng)度， 沒有重視非纖維素組分提取和利用。其實(shí)原麻的非纖維素組分如半纖維素、果膠和木質(zhì)素都有應(yīng)用價(jià)值， 如半纖維素可制備低聚木糖、糠醛和木糖醇等， 也可用于發(fā)酵生產(chǎn)沼氣、丁醇、微生物油脂的產(chǎn)品， 而木質(zhì)素可用來制備酚醛樹脂、黏合劑和分散劑等化工產(chǎn)品， 甚至原麻中可以提取藥用成分， 如黃酮和生物堿類化合物。在研究纖維原料組分特性的基礎(chǔ)上開發(fā)各組分分級利用技術(shù)， 并形成有機(jī)的集成， 將天然紡織纖維原料分級利用， 不僅獲得纖維產(chǎn)品， 同時(shí)其他組分也轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品， 這是天然紡織纖維原料煉制的發(fā)展方向。
（3） 能耗高、污染嚴(yán)重是天然紡織纖維原料煉制普遍存在的問題， 傳統(tǒng)的化學(xué)脫膠方法， 制備1 t 精干麻需要消耗煤1.5 t 、液堿（32 % ） 1.5 t 、硫酸80 kg ，排放廢水400 t 以上， 廢水中堿和膠質(zhì)的降解物混合在一起， 形成高COD 廢水，給周邊環(huán)境造成巨大的污染， 許多脫膠工廠被迫關(guān)閉， 嚴(yán)重影響麻紡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。黏膠纖維以天然纖維素為原料制成可溶性纖維素磺酸酯， 再溶于稀堿液制成黏膠， 經(jīng)濕法紡絲而制成， 其過程大量使用NaOH 與H2 SO4 ， 生成大量CS2 與H2 S 氣體， 形成嚴(yán)重的污染。如何降低能耗、減少污染是天然紡織纖維原料煉制必須解決的問題。新技術(shù)、新工藝的開發(fā)刻不容緩。
1.5 過程工程與天然紡織纖維原料煉制
1.5.1 過程工程原理及內(nèi)涵
依據(jù)生產(chǎn)方式及生產(chǎn)時(shí)物質(zhì)所經(jīng)受的主要變化來分類， 工業(yè)可以分為過程工業(yè)（process industry） 與產(chǎn)品工業(yè)（product industry） 兩大類。作為過程工業(yè)的理論基礎(chǔ)， 過程科學(xué)可以被認(rèn)為是以不同規(guī)模物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化與傳遞過程的共性規(guī)律作為其主要研究內(nèi)容， 將物質(zhì)、能量、信息轉(zhuǎn)化與傳遞過程的實(shí)驗(yàn)室研究成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的科學(xué)， 其實(shí)質(zhì)還是一門技術(shù)（工程） 科學(xué)， 其工程應(yīng)用就形成了過程工程。從某種意義上說， 過程工程可以理解為“泛化學(xué)工程” ， 但又作了科學(xué)意義上的提升， 其要點(diǎn)是解決不同領(lǐng)域過程中的共性問題， 它包括實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化“過程” 的定量、設(shè)計(jì)、放大和優(yōu)化等操作［4］ 。
從科學(xué)技術(shù)的角度出發(fā)， 從諸多不同目標(biāo)的工業(yè)中尋找和抽提出共性內(nèi)涵，并形成普適性科學(xué)知識(shí)， 然后反饋到廣泛應(yīng)用對象的知識(shí)循環(huán)， 稱為過程工程的學(xué)識(shí)基礎(chǔ)。將眾多過程中的共性操作進(jìn)行歸類和歸納， 分別進(jìn)行研究， 如從發(fā)酵液中分離出乙醇采用精餾， 同樣， 濃縮乙酸也采用精餾； 從甘蔗液制糖和從海水中制鹽同樣屬于結(jié)晶過程， 這些都屬于工藝操作的學(xué)識(shí)基礎(chǔ)， 稱為單元操作［4］ 。
過程工程有別于工業(yè)設(shè)計(jì)之處在于， 設(shè)計(jì)工作是依據(jù)現(xiàn)有的成熟技術(shù)進(jìn)行的， 而過程工程是開發(fā)新工藝、新流程和新設(shè)備的創(chuàng)新研究， 無論是過程原理的創(chuàng)新，還是系統(tǒng)集成的創(chuàng)新， 所得到的都是新的工業(yè)技術(shù)， 是在為設(shè)計(jì)工作提供可靠的依據(jù)。過程工程研究的核心內(nèi)容就是通過各個(gè)單元操作考察物質(zhì)流的傳遞與轉(zhuǎn)化過程、能量流的傳遞與轉(zhuǎn)化過程， 以及信息流的傳遞與集成過程［5］ 。
過程工程的內(nèi)涵與科學(xué)基礎(chǔ)正在不斷發(fā)展， 目前已經(jīng)涉及信息論的范疇， 過程工程要處理復(fù)雜系統(tǒng)， 包括尺度效應(yīng)和協(xié)調(diào)機(jī)制等， 因此過程工程理論的研究使系統(tǒng)工程理論得到豐富。而系統(tǒng)工程的思路也對過程工程的形成起到提升的作用， 如在單元操作階段， 雖然也考慮了一定的物質(zhì)轉(zhuǎn)化的共性問題， 但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有從整體上進(jìn)行綜合和把握， 一旦引入系統(tǒng)工程產(chǎn)生過程系統(tǒng)工程， 才最終發(fā)展到過程工程階段。另外， 過程工程需要將不同的單元過程進(jìn)行系統(tǒng)集成， 這便產(chǎn)生了過程集成理論及過程系統(tǒng)工程［4］ 。
1.5.2 過程集成理論基礎(chǔ)
過程集成的研究始于20 世紀(jì)70 年代末， 最初主要用于系統(tǒng)節(jié)能， 并發(fā)展了用于換熱網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法――夾點(diǎn)技術(shù)， 在過程工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用， 在換熱網(wǎng)絡(luò)的集成思想和夾點(diǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上， 其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到提高原料利用率、降低污染物排放和過程操作等方面。目前過程集成的尺度主要在宏觀范圍內(nèi)， 其最簡化的層次是單一生產(chǎn)過程內(nèi)的集成； 其次是把不同工藝過程之間的能量及物質(zhì)集成統(tǒng)一起來考慮， 構(gòu)成企業(yè)級的過程集成； 最高層次是要考慮過程工業(yè)與社會(huì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展， 形成生態(tài)工業(yè)。其中， 過程和企業(yè)水平上的集成較為成熟， 相比之下， 工業(yè)生態(tài)化的過程集成研究則處于起步階段。建立一個(gè)生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)的關(guān)鍵是要通過技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各過程之間的物質(zhì)、能量和信息的充分利用和交換， 因此必須對系統(tǒng)的物質(zhì)集成、能量集成和信息集成進(jìn)行研究。另外， 水是過程工業(yè)不可或缺的重要資源， 現(xiàn)今研究將其作為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域［6］ 。
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