中國(guó)科學(xué)院の朱美芳院士：可循環(huán)繊維材料は國(guó)家戦略、環(huán)境保護(hù)と経済発展において非常に意義がある

「二重炭素」戦略の実施背景の下で、我が國(guó)の化學(xué)繊維科學(xué)技術(shù)の含有量、発展機(jī)能と知能繊維新材料とグリーン化生物系繊維を向上させることは、我が國(guó)が繊維大國(guó)から繊維強(qiáng)國(guó)へ踏み出すのに重大な現(xiàn)実的意義がある。中國(guó)科學(xué)院の朱美芳院士は「二重炭素」戦略の背景を分析し、繊維材料産業(yè)の進(jìn)展と結(jié)びつけて、國(guó)家戦略、環(huán)境保護(hù)と経済発展における循環(huán)可能繊維材料の重要な意義を詳しく紹介し、そして未來に対して展望を行った。

　　01グリーン化生物基盤の発展の見通しが広い

繊維とは、一般に十分な細(xì)さ（直徑<100μm）及び十分な長(zhǎng)徑比（長(zhǎng)さ／直徑＞1000）を有し、且つ一定の柔軟性を有する物質(zhì)。金屬、鉱石、生體、高分子は、上記の定義を満たす限り繊維とみなされる。朱美芳氏によると、現(xiàn)在、我が國(guó)の化學(xué)繊維の産業(yè)規(guī)模は引き続き増加しており、2022年、我が國(guó)の化學(xué)繊維の生産量は6500萬トン近くに達(dá)し、世界総量の70%を占め、化學(xué)繊維は紡績(jī)繊維の加工量の約85%を占め、化學(xué)繊維業(yè)界の収入は兆元を超え、輸出は500萬トンを超え、4社の企業(yè)は世界500強(qiáng)に進(jìn)出し、上場(chǎng)は30社を超えた。

合成繊維の起源である歐米諸國(guó)に比べ、機(jī)能知能とグリーン化生物基材の発展において中國(guó)にはまだ広い発展空間がある。朱美芳氏は、化學(xué)繊維工業(yè)の現(xiàn)在の省エネ?低炭素技術(shù)の応用普及レベルは比較的弱く、リサイクルシステムはさらに健全化されなければならず、その高品質(zhì)発展の全體目標(biāo)と3つのボトルネックに直面しているのは、産業(yè)チェーンサプライチェーンの安全安定能力、産業(yè)チェーンの知識(shí)化デジタル化の能力、化學(xué)繊維のグリーン化の持続可能な発展能力であると指摘した。「我が國(guó)の化學(xué)繊維科學(xué)技術(shù)の含有量を高め、繊維大國(guó)から繊維強(qiáng)國(guó)へ踏み出すことは重要な現(xiàn)実的意義があり、グリーン化生物基による分解可能な循環(huán)再生繊維材料は主流の発展方向である。」と彼女は強(qiáng)調(diào)した。

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　　グリーン、低炭素、環(huán)境保護(hù)はすでに世界の大勢(shì)の赴くところとなり、グリーン環(huán)境保護(hù)と持続可能な発展の需要に適応するため、バイオベース繊維の生産技術(shù)は絶えず現(xiàn)れ、バイオベース繊維はすでに服裝、家庭紡績(jī)と産業(yè)用織物の中で広く応用されている。

バイオベース繊維とは、生體自體またはその抽出物を用いて製造される繊維を指す。石油基を原料として製造されたポリエステル繊維、ポリアミド繊維（ナイロン/ナイロン）、ポリアクリロニトリル（アクリル）などの合成繊維とは異なり、生物系繊維の原料はバイオマスに由來する。

バイオベース繊維は原料が再生可能バイオマスに由來するため、石油ベース原料に比べて炭素削減効果がより顕著であるため、バイオベース繊維の発展に力を入れることは炭素ピーク炭素の中和を助ける上で非常に重要な意義がある。その中、生物系合成繊維は天然植物または農(nóng)作物を原料とし、遺伝子工學(xué)、微生物発酵、濾過、精製などの工程を経て高純度モノマーを製造し、その後重合反応を経て一定の分子量を有するポリマーを製造し、溶融紡糸技術(shù)を経て製造した。

現(xiàn)在、紡績(jī)に用いられている重要な生物系繊維は、主にPLA繊維、生物系PDT繊維、生物系PTT繊維などのポリエステル繊維である。

PLAはバイオマス原料を発酵させて乳酸を生成した後、重縮合と溶融紡糸を経て製造される。PLA繊維の縦面には不規(guī)則な斑點(diǎn)や不連続な縞があり、穴や亀裂が存在し、毛細(xì)管効果を形成しやすく、吸濕速乾の特徴があり、PLAは弱酸性繊維であるため、一定の抗菌性と難燃効果がある。しかし、PLA繊維の強(qiáng)力さは低く、染色効果（特に濃い色への染色）は悪く、後期染色加工過程で高溫に耐えられない。これらの問題に対して、國(guó)內(nèi)生産企業(yè)も積極的に研究開発を革新しており、現(xiàn)在、関連問題は基本的に解決されている。

バイオベースPETは、一般に、バイオベースPTAまたはバイオベースEGを原料として重合される。生物學(xué)的EGが多成分グリコールである場(chǎng)合、得られるポリエステルはPDTである。PDTはバイオエチレングリコールとテレフタル酸またはジメチルテレフタレートとの重合から得られ、合成プロセスは主にPTA法であり、エステル化、予備重縮合、最終重合のいくつかの段階を含む。多成分グリコールの存在により、PDTの重合過程と真空度は石油系ポリエステルに比べて向上する必要がある。ポリエステルを合成した後、紡糸技術(shù)を経てPDT繊維を製造し、紡糸裝置はPETの設(shè)備を利用して完成することができる。PDT繊維は延伸と反発性を持ち、延伸後は速やかに元の狀態(tài)に戻すことができ、衣類に使用することで快適性を高めることができる。PETよりもPDT繊維の伸びが高く、より柔らかい風(fēng)合いを持っている。PET繊維も同様に低いガラス転移溫度を有し、常圧染色ができ、さらに高い水洗堅(jiān)牢度とアイロン堅(jiān)牢度を有する。同時(shí)に、PDT繊維はPTT及びPET繊維よりも優(yōu)れた帯電防止性を有する。PDT繊維は羊毛などの天然繊維と混紡することもでき、より優(yōu)れた生地を作ることができる。PDT繊維の原料の1つはバイオマス資源から転化することができ、COの排出を低減し、低炭素、環(huán)境保護(hù)、緑色の新型繊維材料であり、服裝、裝飾材料、産業(yè)などの分野に用いることができる。

PTTは、バイオプロピレングリコール（PDO）とテレフタル酸（PTA）を重合した別のバイオポリエステルである。バイオベースPTT繊維は比較的に良い反発性を持ち、同時(shí)にPET繊維の耐化學(xué)性、アクリルのふんわり性があり、またナイロンの耐摩耗性と耐靜電性があり、比較的低いガラス化溫度はそれを常圧染色することができる。

DuPont（デュポン）はPTT繊維の製造技術(shù)をいち早く習(xí)得し、日本の東レ、帝人、韓國(guó)の新韓工業(yè)、臺(tái)灣の極東紡績(jī)などと協(xié)力し、PTT繊維分野でのリードをさらに固めた。國(guó)內(nèi)のPTT繊維の発展は遅く、東華大學(xué)は最も早い研究機(jī)関である。その後、盛虹グループと清華大學(xué)は協(xié)力して、グリセリンを主原料とするバイオベースPTTを生産した。

　　02繊維産業(yè)におけるポリエステルのリサイクル

朱美芳氏は、現(xiàn)在、繊維原材料の構(gòu)造は多元化に向かい、グリーン設(shè)計(jì)の実踐的探索を増やし、製造緩和資源の循環(huán)利用レベルも著しく向上し、廃棄織物の総合利用製品チェーンが基本的に形成され、持続可能な消費(fèi)傾向が徐々に現(xiàn)れていると述べた。同時(shí)に、中國(guó)の紡績(jī)服裝業(yè)界のシステム転換の加速も先進(jìn)技術(shù)、技術(shù)、設(shè)備の革新不足などの多次元的な挑戦に直面している。トップダウン設(shè)計(jì)及び相応の政策、関連制度と標(biāo)準(zhǔn)システムは完備しなければならない。グリーン消費(fèi)市場(chǎng)は産業(yè)に対する駆動(dòng)力が不足している、統(tǒng)一的なビジョンと産業(yè)協(xié)同、システム転換の合力の欠如、循環(huán)ファッションを推進(jìn)する専門人材が不足している。

廃棄された織物から再生可能エネルギーを抽出するための詳細(xì)な手順を示すことにより、朱美芳はポリエステル合成原材料のリサイクルを?qū)g現(xiàn)し、環(huán)境0に排出し、資源を節(jié)約し、高分子材料分野における循環(huán)経済の運(yùn)用をさらに體現(xiàn)したポリエステルの全ライフサイクルグリーンリサイクル概念を紹介した。

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　　資料によると、我が國(guó)は世界最大の紡績(jī)服裝生産國(guó)と消費(fèi)國(guó)であり、紡績(jī)繊維加工総量は世界の50%以上を占め、毎年繊維消費(fèi)総量は約3000萬トン、一人當(dāng)たりの繊維消費(fèi)量は約22.4キロで、基本的に中程度の先進(jìn)國(guó)レベルに達(dá)し、それに伴い大量の廃棄織物が発生した。2020年、廃棄織物の生産量は約2200萬トン、リサイクル率は約20%、廃棄織物の再生繊維の生産量は約150萬トンで、廃棄織物のリサイクル能力とレベルは依然として大きな向上の余地がある。

関連研究機(jī)関の試算によると、廃棄織物1キログラムを利用するごとに、二酸化炭素排出量を3.6キログラム削減し、6000リットルの水を節(jié)約し、化學(xué)肥料0.3キログラムと農(nóng)薬0.2キログラムの使用を減らすことができる。廃棄織物のリサイクルは資源利用効率を高め、紡績(jī)?cè)腺Y源の不足問題を解決するだけでなく、土地資源の節(jié)約、二酸化炭素排出の削減、生態(tài)環(huán)境の保護(hù)にも有利である。

これまで、國(guó)家発展改革委員會(huì)、商務(wù)部、工業(yè)?情報(bào)化部は『廃棄織物のリサイクル促進(jìn)に関する実施意見』（以下『実施意見』と略稱する）を印刷、配布してきた。『実施意見』が提出した発展目標(biāo)に基づき、2025年までに、廃棄織物のリサイクル率は25%に達(dá)し、廃棄織物の再生繊維の生産量は200萬トンに達(dá)した。2030年までに、廃棄織物のリサイクル率は30%に達(dá)し、廃棄織物の再生繊維の生産量は300萬トンに達(dá)した。目標(biāo)の達(dá)成は二酸化炭素排出量の削減、エネルギー資源の節(jié)約に重要な意義がある。

　　03リグニン系炭素系繊維及びその高価値化への応用

リグニンは第二の天然高分子として、芳香族構(gòu)造を有する天然高分子材料であり、地球上でセルロースに次ぐ再生可能炭素源であり、毎年自然界で5 ~ 36億トンが発生する。朱美芳氏によると、リグニンは木の中に存在し、土のように見えるが、有用な繊維を作ることができるという。リグニンの炭素含有量は約68%で、接著剤繊維よりも炭素含有量が高い。リグニンから炭素繊維を製造するのは非常に良い資源であり、小型からコンピュータ、大型から自転車、自動(dòng)車まで、炭素繊維複合材で製造することができ、その特徴の一つは非常に軽量である。

特筆すべきは、リグニン系カーボンナノチューブ繊維の全體的な性能は、ファイン化學(xué)工業(yè)品を用いて生産されたカーボンナノチューブ繊維に近似しており、電気伝導(dǎo)率はほとんどの商業(yè)用炭素繊維より高く、同時(shí)に高柔軟性、高引張強(qiáng)度、高導(dǎo)電特性を備えており、これまでほとんどのバイオマス由來の炭素系繊維材料より優(yōu)れている。

繊維の発展は、民生産業(yè)だけでなく、國(guó)家戦略にもかかわる。朱美芳氏は將來の中國(guó)の新材料と新紡績(jī)経済を展望し、原材料構(gòu)造をさらに最適化し、再生不可能資源の消費(fèi)を減らす、循環(huán)経済原則に基づく織物設(shè)計(jì)への転換、製造プロセスの資源利用効率をさらに向上させる、ビジネスモデルを革新し、グリーン消費(fèi)を拡大する、廃棄された織物のリサイクルによる品質(zhì)向上を促進(jìn)する。

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　　炭素繊維は高強(qiáng)度、耐食性、低密度、高弾性率及び良好な導(dǎo)電性を有する補(bǔ)強(qiáng)材料として、航空宇宙、自動(dòng)車部品及び醫(yī)療機(jī)器などの分野で広い応用の將來性を持っている。

現(xiàn)在、市販されている炭素繊維の80%以上はポリアクリロニトリル（PAN）を原料として製造されており、高価であるだけでなく、製造過程で多くの汚染が発生し、PANは再生不可能な化石資源に由來するため、その供給も化石資源の採(cǎi)掘に伴い一定の制限を受ける。そのため、再生可能原料の開発による低コスト炭素繊維の製造は將來の発展傾向となっている。リグニン系炭素繊維は、従來の石油系高分子の代わりにリグニンを主原料として製造された炭素繊維材料である。主な製造過程は、リグニン前処理、紡糸液の調(diào)製、靜電紡糸、予備酸化、繊維炭化などに関する。

PAN系炭素繊維と比較して、リグニン系炭素繊維は以下の利點(diǎn)がある：

（1）源が広く、コストが安いリグニンは自然界にセルロースに次ぐ含有量の再生可能資源であり、植物基體中に広く存在し、加えて毎年製紙業(yè)界の副産物も數(shù)千萬トンのリグニンを産生し、リグニン系炭素繊維の原料はコストが安いだけでなく、「取っても盡きず、使っても盡きない」。

（2）環(huán)境保護(hù)無汚染リグニン中の炭素含有量は60%に達(dá)し、紡糸液の製造にアルコール系溶媒を用い、紡糸はより環(huán)境に優(yōu)しい。

（3）より強(qiáng)い理化特性を有するリグニンは、芳香族炭化水素ベンゼン環(huán)構(gòu)造を多く含有しており、これにより、炭素繊維を製造する際に従來の糸狀構(gòu)造をよりよく維持することができ、より大きな引張強(qiáng)度を得ることができる。これにより、伝統(tǒng)的なPAN系炭素繊維と比べて、リグニン系炭素繊維は原料、コスト、環(huán)境保護(hù)及び性能の面で一定の優(yōu)位性を備えており、將來の低コスト炭素繊維の製造の第一選択である。

情報(bào)源：國(guó)家先進(jìn)機(jī)能繊維革新センター

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