生物基Sorona涤纶在可持续运动服装中的吸湿排汗解决方案

一、引言

随着全球可持续发展理念的不断深化，环保材料在纺织服装领域的应用日益广泛。特别是在运动服装产业中，消费者对功能性、舒适性与环保性的综合需求不断提升，推动了新型纤维材料的研发与应用。生物基Sorona涤纶作为一种兼具高性能与可持续性的合成纤维，近年来在运动服装领域展现出巨大潜力。其独特的吸湿排汗性能、低能耗生产过程以及可再生原料来源，使其成为替代传统石油基聚酯纤维的理想选择。

本文将系统探讨生物基Sorona涤纶在可持续运动服装中的吸湿排汗解决方案，涵盖其材料特性、生产工艺、性能参数、应用实例及国内外研究进展，并结合权威文献与实验数据，全面分析其在提升运动服装舒适性与环保性方面的优势。

二、生物基Sorona涤纶的基本概述

2.1 定义与化学结构

生物基Sorona涤纶（Bio-based Sorona Polyester）是由美国杜邦公司（DuPont）研发的一种部分生物基聚酯纤维，其化学名称为聚对苯二甲酸丙二醇酯（Polytrimethylene Terephthalate, PTT）。与传统的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）不同，PTT的重复单元中含有1,3-丙二醇（PDO），其中37%的成分来源于可再生植物资源（如玉米淀粉发酵制得的生物基PDO），其余63%为石油基对苯二甲酸（PTA）。

Sorona纤维因其分子链结构中存在“Z”字形构象，赋予其优异的弹性回复率、柔软手感和良好的染色性能，同时具备出色的吸湿排汗能力，特别适用于高性能运动服装。

2.2 生产工艺与原料来源

Sorona的生产采用“部分生物基”路线，其核心原料1,3-丙二醇通过生物发酵技术由玉米淀粉转化而来。该工艺由杜邦与 Tate & Lyle 公司合作开发，利用基因工程菌株将葡萄糖转化为PDO，显著降低了对化石燃料的依赖。

参数	内容
纤维类型	部分生物基聚酯（PTT）
生物基含量	≥37%（ASTM D6866标准）
主要原料	生物基1,3-丙二醇（玉米淀粉发酵）、对苯二甲酸（PTA）
生产工艺	熔融纺丝法
能源消耗	比传统PET低约30%
碳排放	比PET减少约63%（DuPont, 2020）

三、吸湿排汗机理与性能分析

3.1 吸湿排汗的基本原理

吸湿排汗（Moisture Wicking）是指纺织品通过毛细作用将皮肤表面的汗液迅速传导至织物外层，并通过蒸发实现快速干燥的过程。该性能依赖于纤维的表面能、截面形态、亲水性基团分布及织物结构设计。

传统涤纶（PET）因疏水性强，吸湿性差（回潮率仅0.4%），难以有效排汗。而Sorona纤维通过分子结构优化和表面改性，显著提升了其亲水性与导湿能力。

3.2 Sorona的吸湿排汗性能参数

下表列出了Sorona与其他常见运动服装用纤维在关键性能上的对比：

性能指标	Sorona（PTT）	普通涤纶（PET）	尼龙6	棉纤维	莫代尔（Modal）
回潮率（%）	1.4	0.4	4.5	8.5	12.0
导湿速率（mm/min）	18.6	5.2	12.3	9.8	22.1
蒸发速率（g/m²·h）	420	280	350	300	480
毛细上升高度（cm/30min）	8.7	2.1	6.5	7.8	9.2
弹性回复率（%）	90（50%伸长）	75	80	20	70
生物基含量（%）	37	0	0	100	100（但非合成）

数据来源：DuPont Technical Data Sheet (2021); Zhang et al., 2022; 中国纺织工程学会, 2020

从表中可见，Sorona在保持合成纤维高强度、快干特性的基础上，显著优于传统涤纶的吸湿排汗性能，且弹性表现优异，适合高动态运动场景。

3.3 微观结构对导湿性能的影响

Sorona纤维的横截面通常为圆形或异形（如Y形、十字形），可通过改变喷丝孔设计实现多沟槽结构，增强毛细效应。此外，其分子链中的醚键（-O-）具有一定的极性，有助于水分分子吸附与迁移。

研究表明，Sorona织物在相对湿度65%、温度25℃条件下，30分钟内可将液态水从内层传输至外层的效率达85%以上（Li et al., 2021）。其导湿路径如下：

汗液接触织物内层；
通过纤维间毛细通道快速横向扩散；
沿纤维表面纵向传输至外层；
外层水分蒸发，实现干燥。

四、Sorona在运动服装中的应用实践

4.1 国内外品牌应用案例

近年来，多家国际知名运动品牌已将Sorona纤维应用于其可持续产品线中。

品牌	应用产品	Sorona含量	功能特点	发布时间
Nike	Space Dye 系列运动服	50% Sorona	吸湿快干、低环境影响	2022
Adidas	Primeblue 系列T恤	40% Sorona + 回收PET	海洋塑料回收+生物基材料	2023
Lululemon	Swiftly Tech 短裤	60% Sorona	高弹性、透气、抗异味	2021
特步（Xtep）	160X 5.0 Pro 跑鞋鞋面	35% Sorona	轻量、透气、生物降解潜力	2023
安踏（Anta）	氢跑系列上衣	45% Sorona混纺	快干、低能耗生产	2022

数据来源：各品牌官网可持续发展报告（2021–2023）；中国化纤协会, 2023

4.2 织物结构设计优化

为最大化Sorona的吸湿排汗性能，常采用以下织物结构设计：

双层面料结构：内层采用细旦Sorona纤维，增强吸湿速度；外层使用粗旦纤维或混纺棉，促进蒸发。
经编网眼组织：提高透气性，减少闷热感。
异形截面纤维：增加比表面积，提升毛细力。
亲水整理：通过等离子处理或涂层技术进一步改善表面润湿性。

例如，东华大学研究团队（Chen et al., 2022）开发了一种Sorona/再生涤纶（rPET）混纺的三维立体针织结构，其导湿综合指数（Wicking Index）达到9.8，较普通涤纶提升140%。

五、环境效益与生命周期评估

5.1 能源与碳排放对比

根据杜邦公司发布的生命周期评估（LCA）报告，生产1公斤Sorona纤维相较于传统PET可减少约63%的温室气体排放和30%的能源消耗。

指标	Sorona	PET	减少比例
能源消耗（MJ/kg）	58	83	30%
CO₂排放（kg/kg）	2.1	5.6	62.5%
水资源消耗（L/kg）	120	150	20%
原料可再生率（%）	37	0	——

数据来源：DuPont LCA Report, 2020; ISO 14040/44标准

5.2 可回收性与生物降解潜力

尽管Sorona属于合成纤维，难以自然降解，但其可通过化学回收方式解聚为单体，实现闭环循环。日本帝人集团（Teijin）已实现PTT纤维的化学回收技术，回收率可达98%以上（Teijin, 2021）。

此外，部分研究尝试通过酶降解途径处理PTT。韩国科学技术院（KAIST）在2023年发表的研究表明，经基因改造的脂肪酶可在72小时内降解15%的Sorona纤维（Park et al., 2023），为未来生物降解路径提供可能。

六、国内外研究进展与技术挑战

6.1 国内研究现状

中国在生物基纤维领域的研究近年来发展迅速。东华大学、浙江理工大学、天津工业大学等高校在Sorona的改性与应用方面取得多项成果。

东华大学（2022）通过纳米二氧化钛（TiO₂）接枝Sorona纤维，赋予其光催化自清洁与抗菌功能，适用于户外运动服装。
浙江理工大学（2021）开发了Sorona/壳聚糖共混纺丝技术，提升纤维的天然抗菌性与吸湿性。
中国纺织科学研究院（2023）建立了Sorona织物的标准化测试方法，涵盖导湿、透气、耐久性等指标。

6.2 国际研究动态

美国北卡罗来纳州立大学（NCSU, 2020）研究发现，Sorona纤维在反复洗涤50次后，导湿性能仅下降8%，远优于普通涤纶（下降25%）。
德国霍恩海姆大学（University of Hohenheim, 2021）通过红外光谱与DSC分析，证实Sorona分子链中氢键数量较PET多30%，有助于水分吸附。
英国利兹大学（University of Leeds, 2022）采用CFD模拟技术，优化Sorona织物的微气候调节性能，提升运动中的热湿舒适性。

6.3 技术挑战与改进方向

尽管Sorona性能优越，但仍面临以下挑战：

成本较高：生物基PDO生产工艺复杂，导致Sorona纤维价格约为普通涤纶的1.8倍。
染色温度敏感：Sorona玻璃化转变温度较低（约45–55℃），需采用低温染色工艺，限制部分染料应用。
混纺兼容性：与天然纤维混纺时易产生静电，需添加抗静电剂。
回收体系不完善：目前缺乏针对生物基合成纤维的专项回收政策。

改进方向包括：

开发低成本生物发酵工艺；
推广低温环保染色技术（如超临界CO₂染色）；
建立区域性纤维回收网络；
推动政策支持与绿色认证（如OEKO-TEX、GRS）。

七、性能测试标准与认证体系

为确保Sorona织物的吸湿排汗性能与环保属性，需遵循多项国内外测试标准。

标准编号	标准名称	适用内容	发布机构
GB/T 21655.1-2008	纺织品吸湿速干性的评定第1部分：单项组合试验法	导湿、蒸发、滴水扩散测试	中国国家标准化管理委员会
GB/T 21655.2-2009	第2部分：动态水分传递法	使用MMT仪器测试液态水传递	同上
AATCC 195-2009	液态水传输性能测试（Moisture Management Tester）	国际通用导湿评估	美国纺织化学家与染色学家协会
ISO 11092:2014	纺织品生理舒适性热阻和湿阻测定	评价织物微气候调节能力	国际标准化组织
GRS（Global Recycled Standard）	全球回收标准	生物基与回收材料含量认证	Textile Exchange
USDA BioPreferred	美国农业部生物基产品认证	生物基含量≥37%可获认证	美国农业部

目前，Sorona已通过OEKO-TEX® Standard 100 Class II认证（婴幼儿可用）、GRS认证及USDA BioPreferred认证，具备进入国际高端市场的资质。

八、未来发展趋势

8.1 技术创新方向

全生物基PTT开发：杜邦正研发100%生物基PTT，目标将PTA也由生物质转化而来（如生物基对苯二甲酸）。
智能响应纤维：结合温敏/湿敏材料，实现“按需导湿”功能。
3D打印与无缝织造：利用Sorona长丝进行数字化服装制造，减少裁剪浪费。

8.2 市场前景

据中国化纤协会预测，2025年中国生物基化学纤维市场规模将突破200亿元，其中Sorona类PTT纤维占比预计达15%。全球市场方面，Grand View Research（2023）报告显示，生物基聚酯年均增长率达9.3%，亚太地区为最大增长引擎。

8.3 政策支持

中国《“十四五”生物经济发展规划》明确提出支持生物基材料研发与产业化。工信部《绿色纤维认证》体系也将Sorona纳入重点推广目录，鼓励纺织企业使用生物基原料。

参考文献

DuPont. (2020). Sorona® Polymer: Life Cycle Assessment Report. Wilmington, DE: DuPont Performance Materials.
Zhang, Y., Wang, L., & Liu, X. (2022). "Moisture management properties of bio-based PTT fibers for sportswear applications." Textile Research Journal, 92(5-6), 789–801. https://doi.org/10.1177/00405175211045678
Li, H., Chen, J., & Zhou, M. (2021). "Capillary wicking behavior of Sorona knitted fabrics under dynamic conditions." Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 16, 1–10.
Chen, X., et al. (2022). "Development of 3D knitted Sorona/rPET fabric for athletic wear." Donghua University Journal, 39(3), 45–52. （东华大学学报，2022）
Park, S., Kim, J., & Lee, C. (2023). "Enzymatic degradation of polytrimethylene terephthalate using engineered lipase." Polymer Degradation and Stability, 208, 110256.
Teijin Limited. (2021). Recycling Technologies for Synthetic Fibers. Tokyo: Teijin Group Sustainability Report.
中国纺织工程学会. (2020). 《功能性纺织品技术手册》. 北京：中国纺织出版社.
中国化纤协会. (2023). 《中国生物基化学纤维发展报告（2023）》. 北京.
Grand View Research. (2023). Bio-based Polyester Market Size, Share & Trends Analysis Report. https://www.grandviewresearch.com/
USDA. (2023). BioPreferred Program: Certified Products List. https://www.biopreferred.gov
AATCC. (2009). Test Method 195: Moisture Management Tester. AATCC Technical Manual.
ISO. (2014). ISO 11092:2014 Textiles — Physiological effects — Measurement of thermal and water-vapour resistance under steady-state conditions (sweating guarded-hotplate test).
百度百科. (2023). “Sorona”. https://baike.baidu.com/item/Sorona
Nike, Inc. (2022). Nike Space Dye Product Sustainability Report. Beaverton, OR.
Adidas AG. (2023). Primeblue Collection: Materials & Innovation. Herzogenaurach, Germany.