汉麻纤维科研项目 打造产业宏图

　　生意社5月10日讯　由中国人民解放军总后勤部军需装备研究所完成的“汉麻纤维的结构、性能与加工技术”科研项目，从2003年立项开始，迄今已有整整10个年头了。

　　汉麻是大麻科大麻属一年生草本植物，与毒品大麻不同，它是云南省农业科学院经过多年培育的低毒工业用品种。尽管国内依然有人对“汉麻”这个称谓有歧义，但在10年里，以所长张建春为首的总后军需装备研究所科技人员全力以赴地开发汉麻综合利用的经济价值，把汉麻的皮、秆、籽、根、茎、叶都利用起来，使汉麻成为一种具有高附加值的生物资源，并且形成了涉及农业种植、纤维加工、化工、造纸、粘胶、木塑、汽车内饰、新型建材、食品保健、医药等多个行业的产业链。

　　在这个过程中，有多少特殊但具普遍意义的创新思路有待总结？有多少归纳于系统工程中的协同创新对我们纺织行业的产业提升具有普遍意义？

　　麻类纤维利用的悖论

　　人类对石油的依赖及不可再生资源的日益枯竭，成为21世纪世界动荡纷争、国家及地域间利益博弈的原因之一，抓紧开发和利用比石油等不可再生资源储量更多的、可再生利用的生物质资源，已成为世界各国科学界的共识。

　　纤维素、木质素和甲壳素是各国科学家普遍看好的生物质资源，但像汉麻、苎麻、亚麻等天然生物质资源的利用存在着许多矛盾。

　　第一，麻纤维因为产地、品种、成熟度等原因存在很大差异，不能像棉花、化纤那样用于大规模的工业化生产。拿汉麻来说，如果把不同产地及成熟度的麻纤维像棉花或化纤一样，简单地用混合工艺处理，其结果是难于加工的“一团乱麻”。

　　第二，汉麻的优点之一就是不会与粮争田，其种植可以利用丘陵、山坡、盐渍、滩涂等荒废土地，如果在良田适当轮作还可减少轮作农作物的病虫害，但这也加大了纤维品质差异。

　　第三，由于汉麻本身极为复杂的化学成分，使纤维具有抗菌性和其他一些性能，但另一方面也使麻纤维在处理过程中比较复杂。

　　第四，包括汉麻在内的所有麻类植物是性能优异的低碳材料，它们在生长期内的固碳效果是棉花等农作物的十几倍，甚至几十倍，但在沤麻、脱胶等传统工艺加工中，又会产生大量污水，污染环境。

　　当然，还有第五、第六，直到第N项，业内人士总结出的N多项汉麻利用的种种悖论，就像一个个魔咒，总是优点突出又弊病暗伏，汉麻开发利用的征途上荆棘丛生。

　　以张建春为首的总后军需装备研究所科研团队提出了以理论研究突破为基础，以产业化为最终目标的研究方案，经过近10年的努力，最终破解了一系列悖论的魔咒。

　　用现代手段研究古老纤维

　　汉麻被人类利用的历史超过5000年，是我们祖先在发明丝绸之前的主要纺织原料。张建春及其团队利用电子显微镜、质谱、光谱、辐射等手段，系统测试分析获得了汉麻纤维的力学、热学、电学、声学、光学和吸湿、染色、吸附、表面、抗菌、防紫外线、绿色环保等性能的典型数据，他们研究发现了汉麻纤维的分子结构是以纤维素-木质素-汉麻酚及微量金属所构成的复合体，并提出了汉麻纤维分子结构模型。

　　在基础理论分析的基础上，进一步研究发现不同生长期和植株不同部位化学组成变化规律，揭示了汉麻从果胶向半纤维素、纤维素、木质素转化的大分子生长规律，他们发现汉麻纤维表面的“日轮”现象，确定工业用汉麻种植最佳周期为110天左右，为农业种植模式提供理论依据。他们还根据汉麻韧皮梢部、中部和根部的化学组成存在较大差别的情况，提出工业化加工时需分段加工的指导思想。

　　接着，张建春及其团队探讨了液氨、CO2超临界、闪爆、高温，以及传统的酸碱处理等不同加工处理方法对汉麻纤维结构与性能的影响，并分析研究了其机理。他们发现汉麻韧皮的天然抑菌性机理是多孔的形态结构、金属微量元素和酚类活性物质共同作用的结果；他们揭示了汉麻纤维多微孔结构使其具有吸湿快干特性，同时与棉纤维相比对甲醛、苯、化学挥发物等具有更强的吸附作用；在农学领域的研究解释了汉麻对重金属离子的耐受能力，并表明它是一种优良的土地改良和轮作植物品种。

　　越来越深入的研究清楚地表明，汉麻是一种值得人们去认真利用的具有高附加值的生物质资源，它的许多优异性能及功能是很难替代的。

　　用系统的科研成果支撑产业化

　　张建春及其团队在科研及产业化推广中，仅纤维加工项目组就申报国家发明专利25项，已授国家标准1项，国家军用标准1项。依托自主知识产权，建成国际上首个汉麻韧皮纤维加工厂和汉麻秆芯粘胶纤维生产线，形成了汉麻韧皮和秆芯制备纤维的产业化生产体系。

　　其中，有几个属于创新性的工艺流程值得一提。例如，拥有8项发明专利的高温蒸煮、闪爆、生物、机械等四位一体的联合脱胶工业化技术和设备，与传统工艺相比，吨纤维耗碱从32公斤减为6公斤，耗电从1800度减为500度，耗水从550吨减为50吨，废水的COD值从19000~25000毫克/升降为2000~3000毫克/升，加工成本由5500元降为3400元。

　　课题组还通过间歇式处理罐体、热风和热氨气循环烘燥系统、液氨储存与回收系统的研究，解决了被处理物预先烘干和处理后液氨的回收问题；通过载物架设计，实现了一种罐体可分别处理纤维、纱线和织物，发明了拥有2项发明专利的汉麻纤维液氨柔软加工技术和设备。液氨处理使汉麻纤维的超分子结构产生了较大变化，结晶度降低，晶型发生变化，力学性能得到改善。

　　10年来，无论摆在张建春及其团队面前的难题有多少，他们都以革命军队一往无前的精神和实事求是的科学态度逐一解决。项目涉及的“汉麻秆芯粘胶纤维生产技术”2008年获中国纺织工业协会科技进步一等奖；“汉麻纤维结构与性能研究”2010年获中国纺织工业协会科技进步一等奖；“汉麻籽在军用食品中的综合应用研究”项目获中国食品科学技术学会“2010年科技创新奖一等奖”；“系列化汉麻鲜茎皮秆分离设备研制与应用”获2011年云南省技术发明一等奖；汉麻秆芯超细粉体改性聚氨酯涂层材料关键技术及产业化获2011年国家科技进步二等奖。依托研究成果撰写的著作《汉麻纤维结构与性能》2010年获中国石油和化学工业优秀出版物奖，《汉麻籽综合利用加工技术》2011年入选国家新闻出版总署第三届“三个一百”原创出版工程。

　　现在，一条从农业种植到工业产品的汉麻纤维、汉麻秆芯粘胶加工链已投入生产，汉麻韧皮纤维、汉麻秆芯粘胶已分别应用于军用系列袜、内裤、毛巾、鞋靴和民用休闲服装、床上用品等。纺织服装业著名企业雅戈尔还创建了“汉麻世家”品牌，汉麻系列产品在市场上广泛销售，截至2011年年底，累计新增销售额29.3亿元，新增利润5.2亿元，新增税收1.99亿元。

　　综合利用是开发的关键

　　有一个时期，困扰张建春及其团队的不是汉麻纤维加工的科研难题，而是汉麻纤维的农业种植问题。

　　作为一种工业原料，汉麻纤维必须以稳定的质量和数量源源不断地供给。科研团队的基础研究也给出了工业用汉麻种植最佳周期为110天的结论，但是如何实现就颇费周折。

　　千百年来，农民种植汉麻是非常粗放的，迟一两个月收割不算什么，而且收获方式也是随心所欲：有的是鲜麻杆剥麻，有的是干麻杆剥麻。就拿同一天收割的汉麻来说，干麻杆剥的麻所含的木质素就比鲜麻杆剥的麻要高15%以上。

　　另外，种植汉麻要算经济账，如果仅靠卖麻皮，农民每亩地的收入在1000元左右，虽然种汉麻不需要好地，但是要大规模种植，一定要解决农民的收入问题。

　　为了农民的利益，也为了给汉麻纤维研究项目在产业化方面铺平道路，张建春及其团队不得不把原本纺织领域的项目向生物育种工程、农业机械设计制造、材料科学和技术、化学工程、塑料成型加工工程、食品工程、复合材料加工工程等学科领域扩展。这种扩展工作一直持续了五六年。

　　张建春及其团队发明了适合不同地域使用的系列化的汉麻鲜茎皮秆分离机，使生产能力最高可达1000公斤/小时，韧皮含杂率≤1%。这对于整个汉麻产业工程来说，是非常关键的一步。

　　对于农民来说，使用机械收割与传统收割方式相比，生产效率提高了10倍以上，成本节约50%左右，麻皮损失从9.5%降到了3%的水平，满足了不同区域不同用户的收获需求。

　　对纺织企业来说，汉麻鲜茎皮秆分离机一方面解决了用传统沤制法进行皮秆分离造成的环境污染问题；另一方面解决了汉麻植物收割后“后成熟”而造成的韧皮木质化程度提高的问题，既为纺织工业加工提供了品质均一的汉麻韧皮原料，又可减少收割过程中的纤维损伤，工艺流程短、成本低。正因为如此，这项发明于2011年荣获云南省科技发明一等奖。

　　同样，张建春及其团队把汉麻的秆、籽、根、茎、叶都利用起来，有效地增加了农民的收入。他们发明了汉麻秆芯粘胶生产加工技术，使汉麻秆芯附加值提高10倍以上，生产出的粘胶纤维具有功能性，价格是普通粘胶的2倍。他们用超细汉麻秆芯粉成功解决了聚氨酯和有机硅的老化问题，开发出系列防水透湿新面料。他们利用汉麻籽提炼出富含γ酸的保健品，利用汉麻蛋白做出适合军用及户外活动的便携式能量棒和压缩干粮。他们利用汉麻的根制造出高吸附率的活性炭，以及可以成为优质防弹材料的木质陶瓷。他们用汉麻的茎和叶提炼药品，制造植物蛋白饲料。

　　张建春给记者算过一笔账，把汉麻的皮、秆、籽、根、茎、叶都利用起来，农民种植汉麻每亩地的收入就可以在3000元以上。这样，农民也愿意根据工业化的要求去收割处理汉麻，使汉麻规模化生产成为现实，纺织工业也得到了优质和稳定的原料供应。

　　赞叹背后的思考和展望

　　2009年4月，联合国粮农组织与中国工程院联合在中国举办“2009国际天然纤维年——中国天然纤维论坛”，期间，作为大会主席的张建春关于汉麻基础理论研究的学术报告在来自12个国家的近400多名代表中引起强烈反响。联合国粮农组织为此向汉麻研究中心颁发了奖牌和证书，以表彰其为世界天然纤维种植、加工和应用所作出的突出贡献。

　　与会的中国纺织工业联合会名誉会长杜钰洲在会议期间专门参观了位于西双版纳州勐海县的汉麻种植基地和汉麻纺织企业，他称赞张建春及其团队在汉麻基础理论方面的突破是整个项目高效推进的关键。杜钰洲说，纺织工业把提高科技贡献率作为行业发展的重点，应该说全行业都很重视科技成果推广。但是，我们在成果推广和科学技术的产业化方面遇到很多问题，现在看起来，在基础理论方面缺乏深入扎实的研究是一个原因。

　　之后，在全国纺织科技大会上，杜钰洲特别强调了重视基础理论的研究问题。他认为，今后相当长的一段时间里，新型材料对纺织工业的发展路径影响越来越大，而纺织对新型材料的依赖也会越来越大。无论是天然纤维还是化纤，我们之所以模仿别人，很重要的原因是我们在基础性、根本性的领域没有研究透，也没有创新和突破。

　　“在基础理论方面耐心、扎实和出色的研究，导致整个科研项目在多个领域有重大突破和创新，保证了产业化进程的顺利。”这是中国纺织行业领导对汉麻项目的褒奖性评价。

　　中国工程院院士姚穆曾经和记者详细讨论过汉麻项目。除了在基础理论上的突破、科研上的创新外，姚穆特别强调了汉麻项目综合利用的研究思路。

　　姚穆认为，现在的科研是多学科交叉相互激励启发的过程，也是不同的研究成果整合起来集成创新的过程，汉麻项目就是一个典型案例。就项目的研究主题看，主要是针对汉麻的韧皮部分，但是总后的科研人员没有局限于此，而是对研究工作的“废弃物”也做了深入研究，取得了丰硕的成果。这些成果又促进了汉麻的纺织科研成果产业化进程，解决了许多在纺织业内技术人员看似不可能解决的难题。这个经验，值得业内高等院校及科研院所很好地借鉴。

　　2010年12月27日，经科技部批准，“高值特种生物资源产业技术创新战略联盟(汉麻产业战略联盟)”在北京成立，张建春任理事长。联盟的宗旨是通过运作，提高产学研结合的组织化程度，整合高值特种生物资源产业技术创新资源，引导创新要素向优势企业集聚；保障科研与生产紧密衔接，生产与军需装备密切结合，实现高值特种生物资源创新成果的快速产业化，在推动高值特种生物资源产品民用范围不断扩大的同时，拓展其在后勤军需装备上的应用，促进高值特种生物资源产业形成军民融合式的健康发展模式。

　　现在，汉麻产业联盟已由发起时的总后勤部军需装备研究所、雅戈尔集团股份有限公司等14家单位，发展到76家成员单位。据悉，成员单位积极参与“汉麻生物育种技术”、“汉麻纤维加工过程中的生物处理技术”、“汉麻加工的水处理与回用技术”、“汉麻植物活性成分提取技术”等项目，已申报科技部“十二五”科技支撑计划项目。

　　在学术技术领域，联盟成员单位继续深入进行汉麻纤维结构、性能及加工技术研究，继续设计和开发不同领域的产品，通过一系列基础理论应用的研究，将推动生物科学和技术、生物育种工程、材料科学和技术、纺织加工工程、化学工程、塑料成型加工工程、食品工程等学科领域在新型材料应用方面的研究，并将带动各学科的理论学术方面的进步。

　　记者 陆慕寒 滕卉荣