由中國人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所完成的“漢麻纖維的結(jié)構(gòu)、性能與加工技術(shù)”科研項(xiàng)目，從2003年立項(xiàng)開始，迄今已有整整10個年頭了。

漢麻是大麻科大麻屬一年生草本植物，與毒品大麻不同，它是云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)過多年培育的低毒工業(yè)用品種。盡管國內(nèi)依然有人對“漢麻”這個稱謂有歧義，但在10年里，以所長張建春為首的總后軍需裝備研究所科技人員全力以赴地開發(fā)漢麻綜合利用的經(jīng)濟(jì)價值，把漢麻的皮、稈、籽、根、莖、葉都利用起來，使?jié)h麻成為一種具有高附加值的生物資源，并且形成了涉及農(nóng)業(yè)種植、纖維加工、化工、造紙、粘膠、木塑、汽車內(nèi)飾、新型建材、食品保健、醫(yī)藥等多個行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈。

在這個過程中，有多少特殊但具普遍意義的創(chuàng)新思路有待總結(jié)?有多少歸納于系統(tǒng)工程中的協(xié)同創(chuàng)新對我們紡織行業(yè)的產(chǎn)業(yè)提升具有普遍意義?

麻類纖維利用的悖論

人類對石油的依賴及不可再生資源的日益枯竭，成為21世紀(jì)世界動蕩紛爭、國家及地域間利益博弈的原因之一，抓緊開發(fā)和利用比石油等不可再生資源儲量更多的、可再生利用的生物質(zhì)資源，已成為世界各國科學(xué)界的共識。

纖維素、木質(zhì)素和甲殼素是各國科學(xué)家普遍看好的生物質(zhì)資源，但像漢麻、苧麻、亞麻等天然生物質(zhì)資源的利用存在著許多矛盾。

第一，麻纖維因?yàn)楫a(chǎn)地、品種、成熟度等原因存在很大差異，不能像棉花、化纖那樣用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。拿漢麻來說，如果把不同產(chǎn)地及成熟度的麻纖維像棉花或化纖一樣，簡單地用混合工藝處理，其結(jié)果是難于加工的“一團(tuán)亂麻”。

第二，漢麻的優(yōu)點(diǎn)之一就是不會與糧爭田，其種植可以利用丘陵、山坡、鹽漬、灘涂等荒廢土地，如果在良田適當(dāng)輪作還可減少輪作農(nóng)作物的病蟲害，但這也加大了纖維品質(zhì)差異。

第三，由于漢麻本身極為復(fù)雜的化學(xué)成分，使纖維具有抗菌性和其他一些性能，但另一方面也使麻纖維在處理過程中比較復(fù)雜。

第四，包括漢麻在內(nèi)的所有麻類植物是性能優(yōu)異的低碳材料，它們在生長期內(nèi)的固碳效果是棉花等農(nóng)作物的十幾倍，甚至幾十倍，但在漚麻、脫膠等傳統(tǒng)工藝加工中，又會產(chǎn)生大量污水，污染環(huán)境。

當(dāng)然，還有第五、第六，直到第N項(xiàng)，業(yè)內(nèi)人士總結(jié)出的N多項(xiàng)漢麻利用的種種悖論，就像一個個魔咒，總是優(yōu)點(diǎn)突出又弊病暗伏，漢麻開發(fā)利用的征途上荊棘叢生。

以張建春為首的總后軍需裝備研究所科研團(tuán)隊(duì)提出了以理論研究突破為基礎(chǔ)，以產(chǎn)業(yè)化為最終目標(biāo)的研究方案，經(jīng)過近10年的努力，最終破解了一系列悖論的魔咒。

用現(xiàn)代手段研究古老纖維

漢麻被人類利用的歷史超過5000年，是我們祖先在發(fā)明絲綢之前的主要紡織原料。張建春及其團(tuán)隊(duì)利用電子顯微鏡、質(zhì)譜、光譜、輻射等手段，系統(tǒng)測試分析獲得了漢麻纖維的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)和吸濕、染色、吸附、表面、抗菌、防紫外線、綠色環(huán)保等性能的典型數(shù)據(jù)，他們研究發(fā)現(xiàn)了漢麻纖維的分子結(jié)構(gòu)是以纖維素-木質(zhì)素-漢麻酚及微量金屬所構(gòu)成的復(fù)合體，并提出了漢麻纖維分子結(jié)構(gòu)模型。

在基礎(chǔ)理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)不同生長期和植株不同部位化學(xué)組成變化規(guī)律，揭示了漢麻從果膠向半纖維素、纖維素、木質(zhì)素轉(zhuǎn)化的大分子生長規(guī)律，他們發(fā)現(xiàn)漢麻纖維表面的“日輪”現(xiàn)象，確定工業(yè)用漢麻種植最佳周期為110天左右，為農(nóng)業(yè)種植模式提供理論依據(jù)。他們還根據(jù)漢麻韌皮梢部、中部和根部的化學(xué)組成存在較大差別的情況，提出工業(yè)化加工時需分段加工的指導(dǎo)思想。

接著，張建春及其團(tuán)隊(duì)探討了液氨、CO2超臨界、閃爆、高溫，以及傳統(tǒng)的酸堿處理等不同加工處理方法對漢麻纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響，并分析研究了其機(jī)理。他們發(fā)現(xiàn)漢麻韌皮的天然抑菌性機(jī)理是多孔的形態(tài)結(jié)構(gòu)、金屬微量元素和酚類活性物質(zhì)共同作用的結(jié)果;他們揭示了漢麻纖維多微孔結(jié)構(gòu)使其具有吸濕快干特性，同時與棉纖維相比對甲醛、苯、化學(xué)揮發(fā)物等具有更強(qiáng)的吸附作用;在農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的研究解釋了漢麻對重金屬離子的耐受能力，并表明它是一種優(yōu)良的土地改良和輪作植物品種。

越來越深入的研究清楚地表明，漢麻是一種值得人們?nèi)フJ(rèn)真利用的具有高附加值的生物質(zhì)資源，它的許多優(yōu)異性能及功能是很難替代的。

用系統(tǒng)的科研成果支撐產(chǎn)業(yè)化

張建春及其團(tuán)隊(duì)在科研及產(chǎn)業(yè)化推廣中，僅纖維加工項(xiàng)目組就申報國家發(fā)明專利25項(xiàng)，已授國家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，國家軍用標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。依托自主知識產(chǎn)權(quán)，建成國際上首個漢麻韌皮纖維加工廠和漢麻稈芯粘膠纖維生產(chǎn)線，形成了漢麻韌皮和稈芯制備纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系。

其中，有幾個屬于創(chuàng)新性的工藝流程值得一提。例如，擁有8項(xiàng)發(fā)明專利的高溫蒸煮、閃爆、生物、機(jī)械等四位一體的聯(lián)合脫膠工業(yè)化技術(shù)和設(shè)備，與傳統(tǒng)工藝相比，噸纖維耗堿從32公斤減為6公斤，耗電從1800度減為500度，耗水從550噸減為50噸，廢水的COD值從19000~25000毫克/升降為2000~3000毫克/升，加工成本由5500元降為3400元。

課題組還通過間歇式處理罐體、熱風(fēng)和熱氨氣循環(huán)烘燥系統(tǒng)、液氨儲存與回收系統(tǒng)的研究，解決了被處理物預(yù)先烘干和處理后液氨的回收問題;通過載物架設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了一種罐體可分別處理纖維、紗線和織物，發(fā)明了擁有2項(xiàng)發(fā)明專利的漢麻纖維液氨柔軟加工技術(shù)和設(shè)備。液氨處理使?jié)h麻纖維的超分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大變化，結(jié)晶度降低，晶型發(fā)生變化，力學(xué)性能得到改善。

10年來，無論擺在張建春及其團(tuán)隊(duì)面前的難題有多少，他們都以革命軍隊(duì)一往無前的精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度逐一解決。項(xiàng)目涉及的“漢麻稈芯粘膠纖維生產(chǎn)技術(shù)”2008年獲中國紡織工業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步一等獎;“漢麻纖維結(jié)構(gòu)與性能研究”2010年獲中國紡織工業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步一等獎;“漢麻籽在軍用食品中的綜合應(yīng)用研究”項(xiàng)目獲中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會“2010年科技創(chuàng)新獎一等獎”;“系列化漢麻鮮莖皮稈分離設(shè)備研制與應(yīng)用”獲2011年云南省技術(shù)發(fā)明一等獎;漢麻稈芯超細(xì)粉體改性聚氨酯涂層材料關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化獲2011年國家科技進(jìn)步二等獎。依托研究成果撰寫的著作《漢麻纖維結(jié)構(gòu)與性能》2010年獲中國石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀出版物獎，《漢麻籽綜合利用加工技術(shù)》2011年入選國家新聞出版總署第三屆“三個一百”原創(chuàng)出版工程。

現(xiàn)在，一條從農(nóng)業(yè)種植到工業(yè)產(chǎn)品的漢麻纖維、漢麻稈芯粘膠加工鏈已投入生產(chǎn)，漢麻韌皮纖維、漢麻稈芯粘膠已分別應(yīng)用于軍用系列襪、內(nèi)褲、毛巾、鞋靴和民用休閑服裝、床上用品等。紡織服裝業(yè)著名企業(yè)雅戈?duì)栠�創(chuàng)建了“漢麻世家”品牌，漢麻系列產(chǎn)品在市場上廣泛銷售，截至2011年年底，累計新增銷售額29.3億元，新增利潤5.2億元，新增稅收1.99億元。

綜合利用是開發(fā)的關(guān)鍵

有一個時期，困擾張建春及其團(tuán)隊(duì)的不是漢麻纖維加工的科研難題，而是漢麻纖維的農(nóng)業(yè)種植問題。

作為一種工業(yè)原料，漢麻纖維必須以穩(wěn)定的質(zhì)量和數(shù)量源源不斷地供給�？蒲袌F(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)研究也給出了工業(yè)用漢麻種植最佳周期為110天的結(jié)論，但是如何實(shí)現(xiàn)就頗費(fèi)周折。

千百年來，農(nóng)民種植漢麻是非常粗放的，遲一兩個月收割不算什么，而且收獲方式也是隨心所欲：有的是鮮麻桿剝麻，有的是干麻桿剝麻。就拿同一天收割的漢麻來說，干麻桿剝的麻所含的木質(zhì)素就比鮮麻桿剝的麻要高15%以上。

另外，種植漢麻要算經(jīng)濟(jì)賬，如果僅靠賣麻皮，農(nóng)民每畝地的收入在1000元左右，雖然種漢麻不需要好地，但是要大規(guī)模種植，一定要解決農(nóng)民的收入問題。

為了農(nóng)民的利益，也為了給漢麻纖維研究項(xiàng)目在產(chǎn)業(yè)化方面鋪平道路，張建春及其團(tuán)隊(duì)不得不把原本紡織領(lǐng)域的項(xiàng)目向生物育種工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造、材料科學(xué)和技術(shù)、化學(xué)工程、塑料成型加工工程、食品工程、復(fù)合材料加工工程等學(xué)科領(lǐng)域擴(kuò)展。這種擴(kuò)展工作一直持續(xù)了五六年。

張建春及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了適合不同地域使用的系列化的漢麻鮮莖皮稈分離機(jī)，使生產(chǎn)能力最高可達(dá)1000公斤/小時，韌皮含雜率≤1%。這對于整個漢麻產(chǎn)業(yè)工程來說，是非常關(guān)鍵的一步。

對于農(nóng)民來說，使用機(jī)械收割與傳統(tǒng)收割方式相比，生產(chǎn)效率提高了10倍以上，成本節(jié)約50%左右，麻皮損失從9.5%降到了3%的水平，滿足了不同區(qū)域不同用戶的收獲需求。

對紡織企業(yè)來說，漢麻鮮莖皮稈分離機(jī)一方面解決了用傳統(tǒng)漚制法進(jìn)行皮稈分離造成的環(huán)境污染問題;另一方面解決了漢麻植物收割后“后成熟”而造成的韌皮木質(zhì)化程度提高的問題，既為紡織工業(yè)加工提供了品質(zhì)均一的漢麻韌皮原料，又可減少收割過程中的纖維損傷，工藝流程短、成本低。正因?yàn)槿绱�，這項(xiàng)發(fā)明于2011年榮獲云南省科技發(fā)明一等獎。

同樣，張建春及其團(tuán)隊(duì)把漢麻的稈、籽、根、莖、葉都利用起來，有效地增加了農(nóng)民的收入。他們發(fā)明了漢麻稈芯粘膠生產(chǎn)加工技術(shù)，使?jié)h麻稈芯附加值提高10倍以上，生產(chǎn)出的粘膠纖維具有功能性，價格是普通粘膠的2倍。他們用超細(xì)漢麻稈芯粉成功解決了聚氨酯和有機(jī)硅的老化問題，開發(fā)出系列防水透濕新面料。他們利用漢麻籽提煉出富含γ酸的保健品，利用漢麻蛋白做出適合軍用及戶外活動的便攜式能量棒和壓縮干糧。他們利用漢麻的根制造出高吸附率的活性炭，以及可以成為優(yōu)質(zhì)防彈材料的木質(zhì)陶瓷。他們用漢麻的莖和葉提煉藥品，制造植物蛋白飼料。

張建春給記者算過一筆賬，把漢麻的皮、稈、籽、根、莖、葉都利用起來，農(nóng)民種植漢麻每畝地的收入就可以在3000元以上。這樣，農(nóng)民也愿意根據(jù)工業(yè)化的要求去收割處理漢麻，使?jié)h麻規(guī)模化生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)，紡織工業(yè)也得到了優(yōu)質(zhì)和穩(wěn)定的原料供應(yīng)。

贊嘆背后的思考和展望

2009年4月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織與中國工程院聯(lián)合在中國舉辦“2009國際天然纖維年––中國天然纖維論壇”，期間，作為大會主席的張建春關(guān)于漢麻基礎(chǔ)理論研究的學(xué)術(shù)報告在來自12個國家的近400多名代表中引起強(qiáng)烈反響。聯(lián)合國糧農(nóng)組織為此向漢麻研究中心頒發(fā)了獎牌和證書，以表彰其為世界天然纖維種植、加工和應(yīng)用所作出的突出貢獻(xiàn)。

與會的中國紡織工業(yè)聯(lián)合會名譽(yù)會長杜鈺洲在會議期間專門參觀了位于西雙版納州勐�？h的漢麻種植基地和漢麻紡織企業(yè)，他稱贊張建春及其團(tuán)隊(duì)在漢麻基礎(chǔ)理論方面的突破是整個項(xiàng)目高效推進(jìn)的關(guān)鍵。杜鈺洲說，紡織工業(yè)把提高科技貢獻(xiàn)率作為行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，應(yīng)該說全行業(yè)都很重視科技成果推廣。但是，我們在成果推廣和科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面遇到很多問題，現(xiàn)在看起來，在基礎(chǔ)理論方面缺乏深入扎實(shí)的研究是一個原因。

之后，在全國紡織科技大會上，杜鈺洲特別強(qiáng)調(diào)了重視基礎(chǔ)理論的研究問題。他認(rèn)為，今后相當(dāng)長的一段時間里，新型材料對紡織工業(yè)的發(fā)展路徑影響越來越大，而紡織對新型材料的依賴也會越來越大。無論是天然纖維還是化纖，我們之所以模仿別人，很重要的原因是我們在基礎(chǔ)性、根本性的領(lǐng)域沒有研究透，也沒有創(chuàng)新和突破。

“在基礎(chǔ)理論方面耐心、扎實(shí)和出色的研究，導(dǎo)致整個科研項(xiàng)目在多個領(lǐng)域有重大突破和創(chuàng)新，保證了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的順利。”這是中國紡織行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對漢麻項(xiàng)目的褒獎性評價。

中國工程院院士姚穆曾經(jīng)和記者詳細(xì)討論過漢麻項(xiàng)目。除了在基礎(chǔ)理論上的突破、科研上的創(chuàng)新外，姚穆特別強(qiáng)調(diào)了漢麻項(xiàng)目綜合利用的研究思路。

姚穆認(rèn)為，現(xiàn)在的科研是多學(xué)科交叉相互激勵啟發(fā)的過程，也是不同的研究成果整合起來集成創(chuàng)新的過程，漢麻項(xiàng)目就是一個典型案例。就項(xiàng)目的研究主題看，主要是針對漢麻的韌皮部分，但是總后的科研人員沒有局限于此，而是對研究工作的“廢棄物”也做了深入研究，取得了豐碩的成果。這些成果又促進(jìn)了漢麻的紡織科研成果產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，解決了許多在紡織業(yè)內(nèi)技術(shù)人員看似不可能解決的難題。這個經(jīng)驗(yàn)，值得業(yè)內(nèi)高等院校及科研院所很好地借鑒。

2010年12月27日，經(jīng)科技部批準(zhǔn)，“高值特種生物資源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(漢麻產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟)”在北京成立，張建春任理事長。聯(lián)盟的宗旨是通過運(yùn)作，提高產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的組織化程度，整合高值特種生物資源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新資源，引導(dǎo)創(chuàng)新要素向優(yōu)勢企業(yè)集聚;保障科研與生產(chǎn)緊密銜接，生產(chǎn)與軍需裝備密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高值特種生物資源創(chuàng)新成果的快速產(chǎn)業(yè)化，在推動高值特種生物資源產(chǎn)品民用范圍不斷擴(kuò)大的同時，拓展其在后勤軍需裝備上的應(yīng)用，促進(jìn)高值特種生物資源產(chǎn)業(yè)形成軍民融合式的健康發(fā)展模式。

現(xiàn)在，漢麻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已由發(fā)起時的總后勤部軍需裝備研究所、雅戈?duì)柤瘓F(tuán)股份有限公司等14家單位，發(fā)展到76家成員單位。據(jù)悉，成員單位積極參與“漢麻生物育種技術(shù)”、“漢麻纖維加工過程中的生物處理技術(shù)”、“漢麻加工的水處理與回用技術(shù)”、“漢麻植物活性成分提取技術(shù)”等項(xiàng)目，已申報科技部“十二五”科技支撐計劃項(xiàng)目。

在學(xué)術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，聯(lián)盟成員單位繼續(xù)深入進(jìn)行漢麻纖維結(jié)構(gòu)、性能及加工技術(shù)研究，繼續(xù)設(shè)計和開發(fā)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品，通過一系列基礎(chǔ)理論應(yīng)用的研究，將推動生物科學(xué)和技術(shù)、生物育種工程、材料科學(xué)和技術(shù)、紡織加工工程、化學(xué)工程、塑料成型加工工程、食品工程等學(xué)科領(lǐng)域在新型材料應(yīng)用方面的研究，并將帶動各學(xué)科的理論學(xué)術(shù)方面的進(jìn)步。 (中國紡織報)