时间：2023-05-29 18:19:59
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇植物纤维化学，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词 从植物纤维揭示造纸术的奥秘 精品视频公开课 建设
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.11.057
国外在2001年就开展了开放教育运动，以麻省理工学院的OCW（Open Course Ware）项目为代表。在国外，相关的研究主要集中在开放教育资源和麻省理工学院OCW项目的研究上，既有研究开放教育资源带来的影响以及开放教育资源的推广策略和面临的挑战方面，也有对某个学校开放课程项目的单独研究，其中对麻省理工学院OCW项目的研究居多。在国际公开课受到热议的大背景下，教育部在2011年出台的《关于国家精品开放课程建设的实施意见》中提出要建设精品视频公开课，精品视频公开课是以高校学生为服务主体，同时面向社会公众免费开放，国内对“精品视频公开课”的建设和研究也自此开始。
精品视频公开课的建设对高校培养创新型人才和扩大社会教育等方面都有着非常积极的作用。笔者结合“从植物纤维揭示造纸术的奥秘” 国家精品视频公开课的建设实践，就精品视频公开课的建设谈一些体会，并对课程存在的问题进行了分析，希望对我国精品视频公开课的研究和发展有所启示和帮助。
1 精品视频公开课开设的目的
教高[2011]8号《教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见》中指出，精品视频公开课着力推动高等教育开放，弘扬社会主义核心价值体系，弘扬主流文化、宣传科学理论，广泛传播人类文明优秀成果和现代科学技术前沿知识，提升高校学生及社会大众的科学文化素养，服务社会主义先进文化建设，增强我国文化软实力和中华文化国际影响力。
造纸术为我国的四大发明之一，是中华民族的骄傲。纸张与人们的工作生活息息相关，也是文化知识传播的重要载体和工农业生产的重要原材料。普及和传播高校造纸优质课程资源，促进本专业和相关专业学生以及社会大众对造纸行业的了解和相关知识的学是非常有必要的。
2 精品视频公开课开设的基础、选题和内容
精品视频公开课建设以高校为主体，以名课为基础，以选题、内容、效果及社会认可度为课程遴选依据。①②
我校轻化工程（制浆造纸工程方向）专业成立于1977年，为华中地区唯一的制浆造纸本科专业，也是我校一直以来的特色专业，③为华中地区造纸、化工等相关行业提供了大量的工程技术人才。学科经过多年的发展和积淀后，形成了一支人员结构合理，教学和学术水平高的教师队伍，于2011年申报获批了“植物纤维化学”的湖北省精品课程。在学校、学院以及相关职能部门的支持和鼓励下，团队负责人2014年申报获批了 “从植物纤维揭示造纸术的奥秘”湖北省精品视频公开课，在此基础上，团队教师总结了省级精品视频公开课的授课和视频制作经验，申报了国家精品视频公开课，并在2016年成功获批教育部第八批“精品视频公开课”。从上述可以看得出来，精品视频公开课的申报要有一定的基础，首先是政策基础，也即学校、学院及相关职能部门的政策支持和经费保障，④因为精品视频公开课是一个复杂的工程，从申报材料准备到视频录制涉及很多过程，单凭授课团队自身力量是无法完成的，比如视频录制会议厅的借用和视频录制需要相关部门的协调和支持，此外，视频公开课内容的选择、课件的准备以及后期视频的剪辑需要耗费主讲教师很多的精力，这些也需要学校、学院在职称评定以及绩效发放等方面给予支持；其次是学科基础，只有经过多年的学科发展和积淀，才会拥有丰富的课程资源以及优质的教学队伍，回顾本视频公开课的成功，可以看出“从植物纤维揭示造纸术的奥秘”国家精品视频公开课是一步一个脚印走过来的。
由于精品视频公开课的开设目的在于传播人类文明优秀成果和现代科学技术前沿知识，提升高校学生及社会大众的科学文化素养，⑤所以视频公开课的选题很重要，要求特色鲜明，能够吸引人们的注意力，因此，本视频公开课的题目定为“从植物纤维揭示造纸术的奥秘”。
在课程内容的选择上，要求同时具有知识性和趣味性，因为不同于以往的本科生授课，不能照本宣科，讲授内容既要兼具科学性、规范性，又要通俗易懂，不能过于详细和专业。课程设计方面要求打破传统，追求新意，⑥同时各讲之间要相互衔接。本视频公开课以省级精品课程“植物纤维化学”为基础，穿插讲述了“制浆原理与工程”与“造纸原理与工程”等专业课程的相关知识，使理论与生产实际相结合。视频公开课在第一讲中便回顾了造纸术的发展、介绍了造纸的主要过程以及造纸原料的主要成分和化学结构；第二讲中接着介绍了植物纤维原料的分类、纤维的形态、主要化学成分及其在制浆过程中的特性；第三讲中讲述了植物纤维原料中对制浆和造纸影响最大的化学成分--木素的存在及木素的生物合成；第四讲中讲述了植物纤维与造纸过程的近红外光谱检测与控制；第五讲中讲述了如何改变植物纤维的形态以及纤维形态的改变与纸张性能的关系；第六讲中讲述了基于木素高效脱除的制浆造纸废水深度处理技术。六讲内容从造纸原料的选择和控制开始，贯穿了制浆、造纸、检测控制和最后的废水处理，涉及了制浆造纸工业的整个流程；在教学内容的设计方面以纸张实物、文字、丰富的图片等多种形式表现，使枯燥乏味的课程学习变得直观生动；教学策略方面以讲授式教学为主，启发式和案例教学为辅；课堂学习效果明显，得到了学生和专家学者们的认可。
3 精品视频公开课教师的选择
精品视频公开课要求以名师为基础，通过教师的学术水平、教学个性和人格魅力，体现课程的思想性、科学性、生动性和新颖性。⑦由于精品视频公开课的受众面不仅是高校学生，还包括感兴趣的社会学习者，因此，授课教师的选择很重要。
“从植物纤维揭示造纸术的奥秘” 精品视频公开课的内容涉及有机化学、分析化学（包括仪器分析）、高分子化学等相关基础课程，课程的内容相对来说比较抽象、枯燥和难以理解，为了充分调动学生学习本课程的积极性，同时又使该课程的社会受众面更广，使课程生动形象，我们在该公开课教师的选择上慎之又慎，既考虑教师的专业研究方向，又考虑教师的授课经验，以及教师对课堂的驾驭能力，最后公开课的教师选择了有着多年教学经验的两名教授，三名副教授，其中谢益民教授毕业于日本名古屋大学，是我国木素界的知名专家，为湖北省教学名师，袁世炬教授为有三十几年教龄的专业教师，课堂经验丰富、专业知识面广；聂青和刘智副教授不仅有二十余年的教学经验，还有多年的工厂设计经验；王鹏副教授的研究方向是植物纤维化学，与该精品视频公开课密切相关，而且讲述的是他最擅长的木素部分；正是由于选择了合适的授课教师，后期的录像摄制、剪辑等过程进展才比较顺利。
虽然过精心的准备和制作，“从植物纤维揭示造纸术的奥秘” 精品视频公开课成功获批国家精品视频公开课，并在“爱课程”网和网易等网站以“中国大学视频公开课”形式免费向社会开放，产生了良好的社会反响。但同时我们也发现，同大多数精品视频公开课一样，授课过程中教师与学生的互动和交流较少，⑧此外，由于课程的录制是在学校会议厅进行，课程在表现形式方面相对单一，缺少传统的教学媒体――黑板，主要是教师的个人讲述和PPT的播放。这些都要求我们在今后的工作中不断改进，一方面提高教师的业务水平，另一方面做好信息技术与传统媒体之间的融合。
注释
①⑤⑦ 教高[2011]8号.教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见.
② 谢幼如，王芹磊，彭丽丽，等.精品视频公开课的教学特征与师生行为研究[J].电化教育研究，2013.10：90-96.
③ 邱先琴，孙凤兰，聂青，等.制浆造纸工程专业实验教学改革探索[J].湖北造纸，2011.2：48-50.
④ 仝斌，蔡苗苗.精品资源共享课程建设的启示和探索[J].知音励志，2016.7：93.
纤维素主要由植物的光合作用合成,是自然界取之不尽,用之不竭的可再生天然高分子,除了传统的工业应用外,任何交叉结合纳米科学、化学、物理学、材料学、生物学及仿生学等学科进一步有效地利用纤维素资源,开拓纤维素在纳米精细化工、纳米医药、纳米食晶、纳米复合材料和新能源中的应用,成为国内外科学家竞相开展的研究课题。
在纳米尺寸范围操纵纤维素分子及其超分子聚集体,设计并组装出稳定的多重花样,由此创制出具有优异功能的新纳米精细化工品、新纳米材料,成为纤维素科学的前沿领域[1]。
1.1 纳米纤维素的特性
纳米纤维素是令人惊叹的生物高聚物,具有其它增强相无可比拟的特点:其一,源于光合作用,可安全返回到自然界的碳循环中去;其二,既是天然高分子,又具有非常高的强度,杨式模量和张应力比纤维素有指数级的增加,与无机纤维相近。纳米管是迄今能生产的强度最高的纤维,纳米纤维素的强度约为碳纳米管强度的25％,有取代陶瓷和金属的潜质;其三,比表面积巨大,导致其表面能和活性的增大,产生了小尺寸、表面或界面、量子尺寸、宏观量子隧道等效应[2]。
1.2 纳米纤维素分类
纳米纤维素超分子以其形貌可以分为以下3类:纳米纤维素晶体(晶须)、纳米纤维素复合物和纳米纤维素纤维。
1.2.1 纳米纤维素晶体
利用强酸水解生物质纤维素,水解掉生物质纤维素分子链中的无定形区,保留结晶区的完整结构,可以制得纳米微晶纤维素。这种晶体长度为10nm～1μm,而横截面尺寸只有5～20nm,长径比约为1～100,并具有较高的强度。若再进一步对纳米微晶纤维素进行强酸水解处理或高强度超声处理,将会得到形态尺寸更加精细的纤维素纳米晶须[3],纳米晶须具有比纳米微晶纤维素更高的比表面积和结晶度,使其在对聚合物增强方面可发挥出更大的作用。
1.2.2 纳米纤维素复合物
纳米尺寸的纤维素用于复合物性能增强,归因于纳米纤维索高的杨氏模量和微纤丝的均匀分布。纳米纤维素复合物的强度高,热膨胀系数低,透光率高,环境友好,完全降解,源于可持续性资源,废弃后不伤害环境,同时能够容易处置或堆肥[4]。
普通有机聚合物膜片的杨式模量一般在5GPa以下,而纯纳米纤维素胶制成的干膜,其杨氏模量可超越15GPa。经热压处理后,纳米纤维素膜的杨氏模量可与金属铝相当,如此高的杨式模量是由于纳米级超细纤维丝的高结晶度和纤维之间的强大拉力所造成的。因此纳米纤维素复合物的强度高,热膨胀系数低,同时透光率高。
1.2.3 纳米纤维素纤维
纳米纤维素纤维是纤维素溶液中电纺纱制备直径为80―750nm的微细纤维素纤维。将纤维素连接溶解于乙二胺／硫氰酸盐、N-甲基吗啉-N-氧化物/N-甲基吡咯烷酮/水等纤维素溶剂中,调整溶剂系统、纤维素的分子量、纺纱条件和纺纱后处理可以获得微细的、干的、稳定的纳米纤维素纤维。既可以用作纺织的原材料,也可以用作超滤膜等膜分离。
2、纳米纤维素的制备
从制备来源来说,纳米纤维素可以分为植物纤维素、动物纤维素以及细菌纤维素,现在兴起的还有一种是纳米纤维素复合材料。
2.1 用细菌制备纳米纤维素
1886年,Brown首次报道了由木醋杆菌合成了一种胞外呈凝胶状的物质,但由于无合适的实验手段以及产量较低,因此未受到重视。直到20世纪中叶,人们才开始细菌纤维素的进一步研究。Hestrin[5]等人以木醋杆菌为模式菌,证实了在葡萄糖和氧气存在时醋酸菌合成了纤维素。1957年Colvin在含有木醋杆菌的非细胞抽提物、葡萄糖及ATP的样品中检测到了纤维素的合成。19世纪40年代细菌纤维素产品开始生产和利用,但直到1967年才确定凝胶状膜的化学本质是真正的、纯粹的细菌纤维素。
2.2 用植物制备纳米纤维素
相对于细菌纤维素来说,植物纤维素必须经过化学处理或者机械粉碎才能得到纳米尺度的纤维素。
2.2.1 物理处理
1980年,用高速搅拌机处理木浆,Thrbak等研究出了一种微纤维化的纤维素,得到了纳米级的网状结构的纤维素,其纤维直径在10―100nm之间,可以用于制备透明的高强度纳米复合物。将竹子纤维及其单纤维用石盘高速研磨,并结合热碱的预处理,Takahashi等以竹子为原料制得了微纤化的纤维素。
2.2.2 化学制备
最早的纳米纤维素胶体悬浮液是由Nickerson和Habde在1947年用盐酸和硫酸水解木材与棉絮制造出的,RaIlbv等在1952年用酸解的方法制备了纳米纤维素晶体。沿用这一方法,Favier等从1995年开始研究纤维素晶须增强的纳米复合物。Grav等从1997年起通过硫酸酸解棉花、木浆等原料获得了不同特性的纳米纤维素,并研究了其自组装特性和纤维素液晶的合成条件。Bondeson等在2006年优化了水解挪威云杉制备微晶纤维素的条件,获得快速高得率的制备纳米纤维素胶体的方法。
还有一种方法是酶解,即利用纤维素酶选择性地酶解掉无定形的纤维素而剩下部分纤维素晶体。Brumer等研究通过转糖基酶以化学和酶同时改性的方式活化纳米纤维素晶体表面,从而不至于在纤维素晶体表面修饰的同时破坏基元原纤和晶体内部结构。
2.2.3 其它方法
其它还有人工合成纳米纤维素和静电纺丝制备纳米纤维素纤维等方法,人工合成方法最容易调控纳米纤维素的结构、晶型和粒径分布等,而静电纺丝以人工的方法可以做出细的纤维。但这两种方法还不完善,还在研究当中[6]。
3、应用
3.1 生物应用
纳米纤维素在生物方面的用途极为广泛,包括生物传感器的制造、生物载体、生物医学材料、无机材料的生物模板和无机材料复合制备生物活性的组织学支架、磁性药物载体,甚至工业净化等等。几乎所有纳米纤维素所应用的领域都涉及到了其生物特性。
由于纳米纤维素很好的生物适应性以及其纳米尺度的特殊结构,在用于生物载体方面体现出了巨大的潜力等。由于是纳米级别,有生物活性的纤维素颗粒能清理皮肤的毛孔,打开气孔,穿过皮下的脂质层和上皮层。生物载体的该功效可以被应用到高级生物材料或者用于高级护理及皮肤治疗的化妆药物。
在细菌纤维素的应用中,很少使用到细菌纤维素球体,但是在酶固定领域经常应用细菌纤维素球体。因此,细菌纤维素小珠是一个在工业应用中有实际应用潜力的固定酶支撑物。
纳米纤维素可以作为酶的固定化及生物活性分子的载体,应用吸附则可以大大的拓宽其使用范围。Tabuch介绍了一种新的对生物分子(DNA和蛋白质等)敏感的探测体系,利用CD光盘和生物纳米纤维集成在实验室芯片上。这种新方法通过利用纳米尺度的纤维和孔,限制特定的细菌纤维素纤维片段组成了一个控制CD 烧制的微通道。与现行的通用方法相比,检测DNA的最大敏感度是传统方法的6倍[7]。
3.2 医学材料
由于纳米纤维素良好的生物相容性以及其独特的纳米结构及性质,一些研究者试图将其应用在生物组织或功能支架材料、药物载体以及纳米荧光指示剂医药领。细菌纤维素还可以用于引导组织再生、齿根模塑加工和脑组织周围的硬膜材料。Millon等用纳米纤维素与聚乙烯醇制备的纳米复合材料的力学性能与像心脏瓣膜这样的心脏血管组织相似,这无疑为纳米纤维素在医药领域的应用提供了条件[8]。另外,生物药领域已经开始探索纤维亲水的性质来制备水凝胶。水凝胶是一种在医药和制药应用中像药物载体、组织支架、调节器、传感器、瓣膜等合适的材料[9]。
3.3 增强剂
过去的几十年,已经有越来越多的人将纳米纤维素作为聚合物基底的增强剂。由于纳米纤维素的纳米尺度网状结构,使它拥有优越的机械性能,不仅在组织工程学支架方面得到重视,在作为增强光学透明性材料或者热塑性塑料的增强中也得到了很好的应用,并且纳米纤维素不会较大地影响到原来材料的其它特性。同时它的可生物分解性质让它越来越受到重视。为了增加增强剂的来源,很多人已经研究了一些植物用于制备纳米纤维素的适用性,包括糖用甜菜、马铃薯和仙人掌的刺等。
Zuluaga用机械方法和生物浸解从香蕉花轴中提取出了管束作为纤维素的来源。使用了不同的化学碱处理,联合高速搅拌器的机械处理过程,然后用ATM、TEM、FTIR和X射线衍射进行了形态和机械性能的表征。结果显示,从香蕉花轴中得到的纤维素微纤是一种很有前景的绿色复合材料增强剂和一种有趣的可替换的工业应用品,可以用于食物包装或者食物和化妆品的添加剂。
对于很多生物基高分子和天然纤维在形成复合材料时显示出较差的界面黏合性质问题,Pomme尝试了将细菌纤维素沉淀在天然纤维周围的方法来改性天然纤维的表面,提高对再生聚合物的粘附性,如将天然纤维在发酵过程中作为细菌的基底。
此外,Svagan还用纤维素纳米纤维来增强细胞壁仿生泡沫材料。纳米复合泡沫材料通过冻干技术制备并且在细胞壁尺度上展现了复合结构。纳米纤维素网络展现了明显的力学性能,和均匀的淀粉相比表现出模量明显增加并且屈服增强。还有一些纳米纤维素增强透明塑料被用于合成韧性基底,可以用于玻璃表面涂层,防止破碎伤人。
4、结语
从纳米纤维素的应用可以预测未来其在生物和医学方面的发展将是占主流的。在生物应用中,纳米纤维素有可能在载体及生物传感器方面有较大的发展。而在医学领域,纳米纤维素与无机物进复合制造人工组织无疑会是一个热点。另外,纳米纤维素所具有的独特的性能和其易于其它材料混合很有可能会导致一些新的发明和产生新型功能产品。
参考文献
[1]王能,丁恩勇,程时.纳米纤维素表面改性研究[J].高分子学报,2006,8:982-987.
[2]甄文娟.纳米纤维素复合物新材料研究进展[J].世界科技研究与发展,2010,4(32):135-137.
[3]李金玲,陈广祥,叶代勇.纳米纤维素晶须的制备及应用的研究进展[J].林产化学与工业,2010,4(30):121-125.
[4]A N Netravali,S Chabba．Composites get greener[J].Materials Today,2003,6(2):22―29.
[5]陈代杰,金飞燕.主译生物高分子(第五卷).北京:化学工业出版社,2004.
[6]袁晔,范子千,沈青.纳米纤维素研究及应用进展I[J].高分子通报,2010,2:75-79.
[7]李伟,王锐,刘守新.纳米纤维素研究及应用进展Ⅱ[J].中国林学会木材科学分会第十二次学术研讨会论文集,2010:341-350.
1重视实验教学，合理开设实验课程，精心设计实验项目
轻化工程（制浆造纸工程）是一门实践性很强的工科专业，在实际的教学过程中应更注重实验教学环节。因此，在实际教学过程中，教师应在课堂上充分强调实验课程的重要性，使学生在思想上引起重视，避免“打酱油”式的上实验课。同时，通过合理开设实验课程，精心设计实验项目等方式充分调动学生上实验课的积极性，发挥他们的主观能动性。以往我校轻化工程专业开设的实验课程为：植物纤维化学、制浆原理与工程、造纸原理与工程、纸张物理性能检测和专业综合实验。根据制浆造纸行业发展需要以及科学研究最新动态，我们另增设了高得率制浆、废纸脱墨和专业仪器分析实验课程。在新增实验课程的同时，我们根据课程内容和科学研究的发展，精心设计实验项目，合理购置了一批高、精、尖的仪器设备，比如为高得率制浆实验课购置了日本产连续式高浓盘磨机，为专业仪器分析购置了瑞典L&W公司的纤维形态分析仪、日本岛津的高效液相色谱仪和美国热电傅里叶红外光谱仪，保证了新开实验课程的顺利实施。新的实验课程和实验项目激发了学生浓厚的学习兴趣，极大地提高了他们上实验课的积极性，结果不仅拓宽了学生的知识面，使学生了解了本行业的最新发展动态，而且使学生掌握了先进仪器设备的操作技能，学生知识和技能掌握更加全面。此外，针对学生人数较多，仪器设备台/套数较少的实验课程，根据造纸行业仪器设备最新进展，为造纸原理与工程实验课程购置了一台奥地利PTI的凯塞快速纸页成型器，为纸张物理性能检测实验课购置了一批最新的性能较为稳定的检测设备，如：L&W抗张强度测试仪、透气度测试仪、耐破度测试仪以及ISO白度-残余油墨测定仪等，在保证新开实验课程开出质量的同时，保证原有实验课程的持续更新和发展。
2开放实验室，提高学生的创新实践能力
本科实验课程的开设一般都会有专门的实验指导书，涵盖了实验原理、实验仪器设备的使用以及实验步骤等，虽然现在基本上都侧重于开设综合性实验，减少验证性实验，但学生在实验课上也只是被动的按照实验指导书进行操作，制约了学生的主观能动性。并且由于制浆造纸专业实验所需设备较为昂贵，仪器设备台/套数较少，实验课时较少而实验周期较长，不能满足学生的求知欲。开放实验室可以很好的弥补本科实验教学的缺点，充分发挥学生的聪明才智，为学生的个性发展提供平台，有利于学生通过查阅文献资料、独立进行科学研究等活动培养和提高其自身的实践与创新能力。开放实验室的课题选择一般分为两类，一类为教师的科研项目，另一类为学生自主实验课题。学生在进入大三年级后，可以根据个人兴趣及自身发展需要，与本专业教师联系，参与教师科研项目的研究工作；或者通过查找文献、资料等方式自主选择实验课题。通过参与教师的横向课题研究，学生可以接触到与实际生产紧密结合的课题，开阔专业视野，在实验过程中学会观察实验现象、分析和处理实验数据、撰写实验总结，从而学会解决生产中实际遇到问题的能力；通过参与纵向课题，可以培养学生严谨的科学态度，科学的创新思维以及实事求是对待实验数据的作风。学生自主选择课题一般以学生为主，教师为辅，学生根据自己的兴趣爱好选择研究的课题、通过查找资料等方式制定实验方案，教师对方案进行审查并给出意见，指导并帮助学生达到预期的研究目标。在进行课题研究的同时，我们鼓励学生积极参加各类大学生课外学术活动。在教师的辛勤指导和学生的努力下，笔者指导的学生获得了湖北省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖、第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖和“交叉创新奖”一等奖。通过参加各种竞赛活动充分挖掘了学生自身潜力，不仅提高了学生的实践创新能力，而且激发了学生的竞争意识和团体协作精神，奖项的取得也使学生付出的努力得到了回报和认可，在榜样的带动下，更多的学生走进开放实验室，进行科研活动，与此同时，在本专业形成了良好的学习风气。
在我们的持续努力下，轻化工程专业的实验教学改革取得了较为明显的效果，学生的动手操作能力、科研创新能力有了很大的提高，学生的专业视野得到了拓展，工作的信心得到了增强，具体反应在毕业论文环节，学生可以自主设计实施实验方案，并对实验过程中出现的问题提出解决措施，最终的结果是提高了毕业生的就业竞争力。
作者:范建云谢益民王鹏单位:湖北工业大学轻工学部
产品是指能够提供给市场，被人们使用和消费，并能满足人们某种需求的任何东西。产品一般分为核心产品、产品、延伸产品。核心产品是企业的主打产品，是为企业创造更多价值利润的主营收入。企业是否具有竞争力就是看其核心产品的市场占有率、持续时间、客户的认可度等。纺织产业是21世纪人们公认的传统行业，然而对于民生不可缺少的纺织产业怎样突破传统的工艺、技术，是每个企业求生存、求发展的关键所在。尤其在当前国际经济形势不容乐观，国内经济面临减速，多数企业开工率不足50%的情况下，企业必须通过自主创新，独辟蹊径地研究纺织新技术、开发新产品，应用新材料，使企业立于不败之地度过目前的难关，长久持续的生存与发展下去，是当前每一个企业都必须直面的重要课题。
新产品开发的思路。以新型纤维为主线，通过开发纺、织、染、整、印、服装的新产品。在各个环节产生新技术、新工艺，建立技术合作联盟，共同推动上游企业新材料的推广应用，为下游产业链提供更多可选择的新品种、新面料。以传统天然纤维、化学纤维与新材料结合，扬长避短、多种纤维混纺，开发与众不同的新产品。以改进传统工艺技术为主线，从减少排放、节约用能、用水，废水、废气、废热再回收利用方面，创造新技术和新工艺。采用新型助剂，缩短传统工艺、提高生产效率，完成节能减排的新技术。以功能性新材料或者功能整理为突破点，开发多功能的新产品。围绕《纺织行业“十二五”规划》重点支持的产业政策，结合企业自身的条件，寻找边缘学科的新技术进行突破。在技术创新过程中，善于总结发现，对于新的、以往没有的东西，及时总结，运用知识产权保护的杠杆作用，申请发明专利、实用新型专利、外观专利。
模式创新的关键节点
创新是以新思维、新发明和新描述为特征的概念化过程。它具有3层含义，第一，更新；第二，创造新的东西；第三，改变。创新是人类特有的认识能力和实践能力，是人类主观能动性的高级表现形式，是推动民族进步和社会发展的不竭动力。一个民族要想走在时代前列，就一刻也不能没有理论思维，一刻也不能停止理论创新。根据美籍奥地利经济学家约瑟夫•阿罗斯提出的“创新理论”主要包括5个方面的内容：一是产品创新，开发新产品或提品的新质量；二是工艺创新，在生产过程中采用新技术和新的生产方法；三是市场创新，开辟新的市场，实现技术与市场新的结合；四是供给创新，通过占有或控制原材料或半成品的一种新的供应来源；五是管理创新，实行新型的组织形式，改变生产要素的组合方式。由此可见，技术创新就是与技术直接相关的创新。模式创新就是企业在开展创新过程中，形成规律性的模型，而这种模型可以复制，推广、广泛应用。
案例分析
以新型纤维为例，发现其自身的特点，开发新型纱线、面料，使纺纱、织造、染整阶段分别产生新技术、新工艺、新产品。
在人们十分关注创新与新材料研发的时代，纺织用新型纤维品种及命名琳琅满目，层出不穷，往往使研发人员在开发新产品时无处下手。笔者认为在看到任何一种新型纤维的时候，必须抓住其根本，了解新型纤维原材料的本质，从最原始的、基础的性能入手，结合新材料、新元素赋予的新概念、新功能，再分析其中的技术关键，采取合理的技术措施。从而自如地完成新产品的研究、开发与推广。下面针对近年出现的新型纤维材料从性能入手分析如下。赛帛尔纤维俗称木棉，是攀枝花树、英雄树、烽火树等木本植物果实的纤维，是一种天然野生的纤维素纤维。赛帛尔纤维自应用以来，曾经作为填充纤维。由于该纤维具有堪比羊绒品质的美誉，被誉为生态纤维中的软黄金而近年被纺织行业所利用。赛帛尔的突出优点是用赛帛尔纱线制成的面料及服装保留了木棉纤维轻、柔、细、软、中空、生态、抗菌、抗静电、不起球、吸湿导湿、防霉不蛀等全部天然纤维的特性。缺点是纤维长短不齐，纯纺纱线条干质量差，相比不如棉花，因此更适合于不同比例的混纺产品。该纤维具有五大特点：①野生；②抗菌；③保暖：木棉纤维有着高达80%～90%的中空度，是天然生态纤维中最轻、中空度最高的纤维材质，是目前世界上最佳的天然保暖纤维材料，图1和图2分别比较了无风条件和60cm/s的风速下木棉、全棉、涤棉等3种纤维的单位克重的保温率；④超轻：木棉纤维的线密度0.4～0.8dtex，仅为棉纤维的1/2，是目前生态纤维中最细、最轻的纤维；⑤不起球：经试验，赛帛尔纤维制成的织物表面比电阻低，抗静电效果好，不起球。
椰壳纤维顾名思义是椰子壳产生的纤维，主要由纤维素、木质素、半纤维素以及果胶物质等组成，其中纤维素含量占46%～63%，木质素31%～36%，半纤维素0.15%～0.25%，果胶3%～4%以及其他杂糖、矿物质类等。该纤维中纤维素含量较高，半纤维素含量很少。该纤维具有优良的力学性能，耐湿性、耐热性也比较优异。该纤维呈淡黄色，直径一般为100～450μm，长度10～25cm，密度1.12g/cm3，是具有多细胞聚集结构的长纤维，一束椰壳纤维包含30～300根甚至更多的纤维细胞，呈圆形。从椰壳纤维横截面结构的聚集态结构看，椰壳纤维中结晶化的纤维呈螺旋状潜在不定形的木质素与半纤维素中。②椰壳纤维的开发应用椰壳纤维的成纤过程：椰子壳浸泡脱脂机械打松挑选成纤。目前只有一小部分椰壳纤维用于工业生产，主要用来生产小地毯、垫席、绳索及滤布等；由于椰壳纤维具有可降解性，对生态环境不会造成危害，故可用于加工控制土壤的非织造布；此外，椰壳纤维韧性强，还可替代合成纤维用作复合材料的增强基等。③椰壳纤维开发存在的问题印度、斯里兰卡、菲律宾等国家是椰子生产大国，也是椰壳纤维的主要供应国，我国也具有丰富的椰壳资源，但对椰壳纤维的应用几近空白。传统提取、加工椰壳纤维的工艺过程使制得的纤维粗、重、不均匀，导致其最终用途十分有限，因而开发合适的纤维提取加工工艺将是首要需解决的问题。
利用废弃的芭蕉茎杆，采用全新的生物酶，经氧化脱胶处理工艺，获得纤维细度达到0.6tex以上的可以纺成100%的芭蕉纤维细支纱。为了增加芭蕉纤维可纺性，减少加工过程中对纤维的损伤，采用牵切的方法，使纤维长度更适合纺纱加工的要求。该纤维具有强度高、伸长小、质量轻、吸水性强、吸湿放湿快、易降解等特点，纤维的物理机械性能满足纺织加工的要求。纯纺或混纺织物的服用性能好，面料风格近似于麻织物，但是没有麻的刺痒感。目前已经引起人们的极大兴趣。
菠萝叶纤维，习惯叫做菠萝麻，属于叶脉纤维。是菠萝叶脉去其两侧锐刺及胶质后，取出的纤维。每根长度约为80～100cm，直径仅为真丝直径的1/4。纤维质软、强度较低，无法满足纺织的要求，因此以往只能将菠萝纤维与其他纤维混纺。近来随着纺织技术的进步对菠萝纤维化学处理已有很大改善，对纺织加工的流程和技术也具备一定水平，已经成功地利用不同的纺织技术纺制出菠萝麻的纯纺纱与混纺纱。这种纤维可以做成衣服，也可以制成绳索、缝线、绢丝、纸张等多种产品。菠萝麻织成的织物易于印染、吸汗透气、挺括不起皱、抗湿性强、颜色稍黄带有光泽。更值得注意的是，它还具有良好的抑菌防臭性能，是功能性生态纺织品。据中国纺织科学院测试中心报告，菠萝麻含有天然杀菌、抑菌物质，可有效杀灭细菌，并且抑制真菌和微生物的生长，适宜制作袜子、内衣、衬衫、T恤、床上用品及装饰织物等。
摩维纤维是以槿麻为原料，与麻同价，与棉同质的天然植物纤维。适合它的主要有环锭纺和气流纺两种纺纱方式。其纱线主要有以下几种系列：①摩维与棉系列；②摩维与毛系列；③摩维与涤纶系列；④摩维与粘胶系列；⑤摩维与丽赛系列。
彩色兔绒由蛋白质组成，含有多种氨基酸，其织物适合贴身穿着；它还属于髓腔纤维，因而密度小、比重轻，保暖效果好，吸湿性能强；毛鳞片少，且多为斜条状，所以滑爽而且光泽度好。彩色兔绒还有其他动物纤维不可比拟的特性，那就是色彩天然，不含化学有害元素，具有天然的保健作用，能够很好地保护肌肤。目前彩色兔绒的主导颜色有黑灰色、米黄色、棕色。在纺织过程中，如果需要其他颜色，可以相互搭配。彩色兔绒是绿色环保纤维，其本身具有颜色，在产品生产过程中无需染色，既节省了在印染过程中所需的人力、物力、财力，又免除了因染色工艺流程中产生的化学废液对人类生活环境造成的污染和破坏。这是彩色兔绒得天独厚的优势。
自木代尔（Modal）纤维被广泛应用之后，新型再生纤维素纤维层出不穷。常见的木浆纤维有天丝纤维、丽赛纤维，竹浆纤维有天竹纤维、云竹纤维，黄麻和大麻再生的圣麻纤维；还有功能性再生纤维，如利用纳米技术添加功能性颗粒的再生纤维素纤维有珍珠纤维（如立肯诺纤维）、玉石粘胶纤维、竹炭粘胶纤维、防螨粘胶纤维；竹棉再生（如幕赛尔（Mulcel）纤维）；甲壳素粘胶纤维（如康特丝（Chitcel）纤维），麦饭石粘胶纤维、芦荟营养粘胶纤维、空调粘胶纤维（Outlast）；另有佛莱赛（Foresse）粘胶纤维（东丽公司用熔融纺丝法制得的纤维素系纤维），酷桑丝（Lyocell）粘胶，彩色负离子多功能粘胶纤维等。包括牛奶蛋白纤维、蛹蛋白长丝（波特丝）、大豆蛋白纤维、聚乳酸蛋白（PLA）纤维、甲壳素蛋白纤维、海藻复合纤维等。包括中空保暖纤维（如葆莱绒中空纤维）、蓄光发热纤维、导电纤维（如埃匹克纤维）、玉石纤维、吸湿排汗纤维（如CoolDry纤维）、银系抗菌纤维、腈纶基Outlast空调纤维、可染色丙纶（如波斯纶纤维）、阻燃纤维（如安芙赛），芳砜纶阻燃纤维、醋酸长丝（赛拉尼斯），以及吸湿排汗的锦纶纤维（如杜邦公司新推出的Tactel）等等。
纺纱厂是新型纤维生产厂的下游企业，又是织造厂的上游企业。所以纺纱厂的新产品开发对织造和染整厂是至关重要的。合理的纤维组合、合理的成分组合和合理的混纺比、优质纱线的条干、不同用途的捻度、单位纱线的质量及质量偏差，纱支的细度及均匀度、纱线的断裂强力及拉伸强度、强不匀率等，对于下游能否顺利生产是十分重要的。纺纱对于终端新产品的开发是第一道关键工序。主要包括紧密纺、喷气纺、赛络纺、集聚纺、复全纺、花色纺、自由端喷气纺以及特殊的弹力包芯纱、包缠纱、包复纱等。
对于纺纱厂来说，在开发新品种纱线方面，经常是根据自己所掌握的新纤维材料性能进行搭配和排列组合，没有考虑到织造和染整的难易程度，经常给织造和染整企业带来很多麻烦，最终导致纱线无法销售，产品也达不到客户要求。在开发新型纱线时，首先应对各种新型纤维给予分类，了解其中的关键化学成分和染色所需要的基本染料。采取性能相似、相近的纤维互相配伍，原则上主原料搭配不超过3种纤维，尤其对于染色性能和耐酸碱环境完全不同的纤维组合时，更需要注意综合性能和染色的一致性、同色性和色牢度。不同混纺纱线的配比原则常规产品的两种纤维配比一般是：55/45、65/35、70/30、80/20。但是，对于消费者追求新奇特和公司为防止模仿抄袭的今天，又不得不打破常规，选取多种纤维不同混纺比，体现多种性能，回避和补充各种纤维之间的不足，表现综合风格之优点，发挥多种纤维之特点，来研究开发难以仿造的新产品。如果采用3种或多种以上不同性能纤维混纺时，建议混纺比一定注意相似、相近，主次之分。不同支数的生产工艺要求纺纱支数的粗细关键是由设备决定的。在实际生产中，对于不同强度的纤维采用不同的梳理和打击方法是十分重要的。对于下游使用纱线的企业来说，纱线条干不匀率、毛羽大小、断裂强力、强力不匀率、百米质量偏差等，直接影响到上机质量、织造顺利与否、成品质量和布面平整度、门幅克重等。不同捻度生产不同的产品的要求捻度的大小主要是根据开发的最终产品要求所决定的，一般来说，针织用纱的捻度小于机织纱，地纱捻度小于面纱，起毛织物地纱捻度小于等于毛圈织物的地纱。特殊的强捻仿麻织物，不同于常规品种，要求高捻度。因此，在设计纱线产品的技术参数时，一定知道其用途才能纺制出合理、合格、合适的纱线。
无论纱线染色还是面料染色，对于染色厂最头痛的是不知道纱线或面料中纤维原材料的成分、混纺比。目前，国内外客户对于染色企业的最终成品质量要求越来越严，考核的色牢度指标，禁限的化学物质要求也越来越高。因此，对于纱线和面料采用多种纤维组分混纺时，上染率不同、染色的酸碱环境不同、染料自身的先天牢度达不到要求等问题，往往会造成染色质量不稳定、上色率不均匀、颜色跳灯、色花等结果。此外新型纤维还存在着批与批之间质量不稳定，造成客户续单时批差过大而引起客户不满意或者退货。不管怎样，新产品的开发既可增加产品附加值，又可提高企业的经济效益，永远是生产企业追逐的目标。面对诸多问题，研发人员还是要不断地研究新技术、应用新材料、开发新产品。
高支高密纺织产品是生产高档面料的充分条件，对于以天丝、木代尔高比例或者是纯纺的产品来说控制缩水率、保证尺寸稳定性是关键的必要条件。由于生产这类纤维采用的是湿法纺丝，纤维内部留有大量蜂窝而导致缩水率大是关键。多数采用与棉、毛、涤混纺，或者加入氨纶（如XLA/MS弹性纤维）提高稳定性。竹浆纤维和竹炭纤维同样是采用湿法纺丝，这两类纤维缩水率更大，在采用以上措施的同时，还要加大织物密度、紧度和纱线捻度，目的尽量减少起毛起球。采用PTT系列纱线开发新产品的应对措施PTT纤维属于聚酯家族中的新品，是涤纶PET的同族产品。PTT学名为聚对苯二甲酸丙二酯，是由对苯二甲酸（PTA）和1.3－丙二醇（PDO）经过酯化、缩聚而得到的。与PET涤纶、PBT改性涤纶不同的是分子结构内部有奇数的3个亚甲基－CH2－（PET2个、PBT4个）产生Z字结构的三维斜晶椅式结构。因此，比PET、PBT表现出较大的伸长、较低的初始模量、较好的拉伸弹性和回复弹性。PTT纤维综合了尼龙的弹性、耐磨性和耐疲劳性；腈纶的膨松性、柔软性、染色性和优良的色牢度；涤纶的抗皱性、尺寸稳定性和良好的耐热性；加上本身固有的三维拉伸回复弹性的特点；把各种合成纤维的优良性能集于一身，成为当前国际纺织品市场上最新开发的热门高分子纤维新材料之一，分子结构式见图3。
以PTT/棉（混纺30/70），染中深色的纱线和织物的工艺曲线举例如下：PTT纤维具有奇碳的3个亚甲基，在湿态下达到玻璃化温度46～62℃时大分子将发生旋转性重新排列，形成类似于弹簧式的椅式结构而产生“记忆性”的拉伸弹性和恢复弹性。在采用筒纱染色时，必须预留足够松的卷绕密度，在染色前进行充分收缩定型、去除纺丝油剂之后，再完成下一步的染色。无论纱线和面料染色时，都要采用分步升温、70℃以下低温排放残液的方法，才能够保证最终产品产生良好的拉伸弹性和永久的回复弹性。PTT产品采用分散染料低温染色（100～118℃），得色量高，色牢度好。需要根据纱线的组分，选择不同的染料染色。但必须注意升温工艺和染色温度（含毛100～105℃），以及各道工序排液时要先循环降温至70℃以下再排液，否则，将影响纱线的弹性、手感，严重时可能会失去其弹性和柔软的风格。筒纱染色的卷绕密度并不是越小越好，最佳的卷绕密度来自于试验。一般为0.25～0.34g/cm3。，具体决定于PTT含量和要求的弹性。PTT纤维具有多种优点于一身，可生产高档的休闲面料、针织运动服、T恤衫等。从节能减排角度看，PTT纤维系列产品染色，降低了染色温度，节约了能源和生产成本，减少高温排放，有助于实现节约型生产技术的创新。目前，从纤维生产到织造、染色、后整理等上下游行业的技术已经成熟，是十分值得推广应用的新材料、新技术、新产品，其发展前景十分广阔。
聚烯烃弹性长丝、包芯（包缠纱）纱开发面料新产品的亮点陶氏化学XLA纤维是一种用熔融纺丝法生产的具有柔软的伸缩性和良好的耐热、耐强酸强碱化学性能的新型弹性纤维。由于陶氏化学的XLA生产线已经停产，核心技术转移给上海一家公司，目前的产品叫做“MS舒弹纤维（MicroStretchTM）”。MS舒弹纤维与其他合成纤维一样，具有结晶区和非结晶区。所不同的是：非结晶区的柔性大分子链节链段，由于受到极性的作用，呈特殊的、无规则的点状交联网络结构。与大分子结晶体共存起着物理连接作用。MS舒弹纤维的弹性是由大分子的结晶度、非结晶柔链的长度与交联网络点的多少而决定的。MS舒弹纤维与常规的热塑性弹性聚合物不同，是由共价网络点起决定作用的。随着染色温度升高，交联网络结晶点逐渐熔化，大约在80℃时完全消失。当温度达到220℃时由于整个分子网络存在着共价键的交联结构，仍可保证其完整性（图5、图6）。同时结晶体的网络可逆向变化，当温度降至周围环境温度时，又重新形成新的交联结晶体网络。经过织造染整处理之后的MS舒弹纤维所形成的点状网络结构仍然保留于产品之中，一般是不能重新拉出或拆出单丝或复丝，烧棉后可以看出，形成了弹性网状结构。由此可见，对于需要高温预定形的氨纶（如莱卡）面料，因温度控制不当，穿用一段时间就会失去弹性。所以，对于不需要预定形的MS舒弹长丝非常适合与羊毛、羊绒、牛奶纤维、腈纶、锦纶等对高温敏感的纤维进行混纺或交织，也更适合需要经过高温达到尺寸稳定的芳砜纶耐热纤维。
记忆型PTT/PET同属于聚酯纤维，可以采用分散染料染色。但是PTT/PET由于具有不同的化学结构，决定了不同的上染率，采用115℃以下染色工艺，主要上染的是PTT纤维，在染色还原之后PET不上色可以留白，形成花色纱线或者麻灰色风格。如果采用电脑大提花，可以根据花型使用PTT或者PET长丝，在110～118℃染色还原之后出现不同的深浅或者留白的花型。这充分说明了，了解新纤维材料性能之后，开发新产品的秘诀和关键技术的创新点。
大豆蛋白复合纤维和牛奶蛋白复合纤维同属于再生的多组分蛋白纤维，主要是大豆蛋白、乳酸络蛋白与聚乙烯醇或聚丙烯腈共混、共溶、共聚的高分子化合物，再经过纺丝而得的纤维。这类纤维的共同优点是：含有多种人体所需的氨基酸和保湿因子，具有护肤养肤的作用。缺点是收缩率大，不能生产特白、颜色特鲜艳的产品。以上海题桥纺织染纱有限公司（简称题桥公司）实际开发的产品，即“32S/1纯牛奶纤维＋40DXLA弹力色织汗布”作为案例分析。该面料的主要特点是：不需要预定型解决牛奶纤维不耐高温的特性。具有弹性适中，手感柔软，细腻滑爽，糯性十足的特点。牛奶蛋白复合纤维含有多种人体必须的氨基酸和保湿因子，护肤养肤保健。XLA纤维具有柔软舒适的弹性，柔软度，伸缩自然，穿着更贴身舒适。加入XLA弹性长丝解决了牛奶蛋白复合纤维尺寸的稳定性，保持了吸湿透气性。有很强的耐化学性，属于耐强化学性能的弹性面料。具有对氙光和紫外线等的抗降解能力——氨纶对氙光和紫外线的抵抗时波长一般为XLA纤维的2/4～3/4。吸湿透气不沾身。适合各种高档运动衫，滑雪服，贴身内衣等。微胶囊调温纤维是将一种在不同的环境下吸热放热的相变材料，做成足够小的微胶囊，加入到高分子聚丙烯腈或者再生纤维素粘胶的纺丝液中，经过纺丝成为微胶囊空调纤维。在采用微胶囊纤维纺纱、织造、染色和后整理的过程中，最关键的是防止微胶囊的破裂，一旦产生破裂，其不但会失去发热、吸热作用，而且带来色纱、面料上油状物等不上色的小白点。在新产品开发时，多数采用与棉混纺开发吸湿透气、保暖发热的袜子、保暖裤、内衣等冬季产品。甲壳素纤维是一种抗菌防臭的新型纤维，主要由虾蟹的贝壳提炼出甲壳质融入或者共混到PET聚酯纤维中，起到抗菌、抑菌的作用。但是，由于甲壳素的提炼是溶解到酸液中，所以抗菌性决定于纺丝时加入的甲壳素百分量的同时，关键是染整加工过程中，经常遇到酸洗中和，醋酸含量的高低直接影响到抗菌性能。目前抗菌防臭、抗菌抑菌纤维最优良的当属天然亚麻、大麻、黄麻纤维。附加抗菌功能的纤维主要由纺丝过程中加入无机银系抗菌剂、有机抗菌剂、甲壳素抗菌剂等。在开发新产品过程中，必须以不破坏功能性为主进行工艺技术的选定和执行。了解染整工艺的同时，必须了解这些功能性的主要来源。吸湿排汗纤维主要是指合成纤维中的异性纤维，由于纤维表面具有沟槽，纤维截面具有通气孔才能将汗液排出体外，穿着不感到闷热。因此，在染整加工过程中必须注意，使用的柔软剂一定要是亲水性好、透气性优良的助剂。
阻燃纤维主要是合成纤维的特殊品种，是由高分子结构决定或是加入阻燃剂再进行纺丝。但是，阻燃纤维由于加入异性物或者特殊的芳砜纶结构，对染色技术要求更高，有的采用载体染色、或者加入特殊的助染剂才能染出深浓艳的颜色。4.3.12新型天然纤维木棉（如赛帛尔）纱线开发染整技术措施天然纤维赛帛尔是木棉花的果实，赛帛尔纤维含有约占64%左右的纤维素，约占13%的木质素，此外还含有8.6%的水分、1.4%～3.5%的灰分、4.7%～9.7%的水溶性物质和2.3%～2.5%的木聚糖以及0.8%的蜡质。赛帛尔纤维可用直接染料、活性染料染色。但由于赛帛尔纤维含有大量木质素和半纤维素，而且比表面积大、吸色快等特性，赛帛尔纤维的染色工艺技术与棉有一定差异。赛帛尔纤维溶解于30℃下75%的硫酸、100℃下65%的硝酸、部分溶解于100℃下的35%的盐酸。赛帛尔纤维具有良好的化学性能，其耐酸性好，常温下稀酸对其没有影响，醋酸等弱酸对其也没有影响，且赛帛尔纤维耐碱性能良好，常温下NaOH溶液对赛帛尔纤维没有影响。赛帛尔保暖内衣比普通保暖内衣的保暖率高1.56倍，创造了保暖内衣新指标。赛帛尔高效保暖内衣，是采用赛帛尔针织、梭织纱线制成的一类纺织新产品，具有五大特点：①保暖效果好（传导热阻比全棉产品高20%以上，对流热阻为全棉产品的2～3倍）。②触感柔软舒适。③吸湿导湿。④舒适抗菌。⑤防霉防蛀。⑥保温率高：与全棉和涤棉产品相比，赛帛尔保暖内衣的保温率高，保暖效果出众。⑦挡风性能优异。⑧舒适性与全棉织物相当。有些技术人员喜欢用透气量反映织物的湿舒适性，实际上透气量与热湿舒适性不能直接对应，例如很多涤纶织物透气量高，但湿舒适性还是不好，人会感觉闷。相反透气量过大保暖效果降低。⑨超细超轻。⑩赛帛尔纤维缺点是：纤维细而短，为此题桥公司第一次将膜技术应用于木棉混纺纱线的染色技术中，解决了木棉纤维毛羽大、条干差、强力低、难以上机织造关键技术。
