麻秆变废为宝的神奇“魔术”

————记“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”项目主持人：陆慕寒嘉宾：总后军需装备研究所高级工程师 郝新敏 博士麻秆也能很坚实主持人：最近几年，你参与的汉麻及相关项目不断获得国家级大奖，那么，这些获奖项目的产业化程度如何？产生了哪些社会经济效益？郝新敏：目前，我得奖的项目都实现了产业化。本次得奖的这个项目紧密结合国家纺织产业结构调整和军队作战训练急需，研发了系列改性聚氨酯涂层新材料、新工艺和新技术，经北京、辽宁、浙江、江苏、山东、河南等省市十几个厂家的大批量生产，满足了国防装备及民用服装材料更新换代的需求。改性聚氨酯涂层织物作为2007式军服用材料，已应用于军队和武警冬季大衣、雨衣和大檐帽帽口革等品种，得到了广大官兵的赞誉，在反恐维稳、抗震防洪、抵御风雪严寒等救灾任务中发挥了重要作用。同时，产品也推广到检察、邮政、体育等行业服装领域，深受消费者的欢迎。汉麻秆芯粉体技术应用于橡胶、EVA、丙烯酸酯等高分子材料的改性，也取得了良好效果。截止2010年底，已生产改性涂层胶8860吨，涂层织物4575万米，合成革216万平方米，新增产值12.77亿元，利税2.49亿元，创汇149万美元，取得了显著的经济、军事和社会效益。  主持人：你们如何将汉麻纤维制备过程中产生的大量废料变废为宝？这个项目应用了哪些新方法？郝新敏：在所有涂层材料中，聚氨酯涂层树脂占有重要地位。聚氨酯涂层织物防水与透湿是矛盾的，很难做到高防水和高透湿；使用中会发生各种化学降解，影响其性能；同时，冬季低温会变硬且透湿量大幅下降。因此，需要对聚氨酯涂层树脂进行改性，关键是研制一种单体或添加剂。通常改性添加剂采用无机粉体（如碳酸钙），可解决部分透湿问题，但耐洗涤和耐老化性能差；采用有机高分子（如有机硅）可解决部分耐老化问题，但透湿性、反应性差。麻秆是麻纤维制备过程中的废料，过去一直作为燃料或者肥料，人们对麻秆的习惯思维评价甚低。比如民间评论狼，说它是铜头铁腿麻秆腰，什么东西只要用麻秆来类比，就说明这东西不坚实、不耐用。而我们利用现代科学手段，对这种“废物”进行了深入研究，发现汉麻秆芯具有发达的微孔结构，良好的吸湿导湿性、抗菌性、抗紫外性、吸附性和反应性。因此，汉麻秆芯是一种天然功能性高分子材料，其基本组成为纤维素、半纤维素、木质素、有机抑菌成分等，它们拥有的大量羟基，不但可以和水分子氢键结合，还能与二异氰酸酯等反应性基团发生化学反应。通过系统研究汉麻秆芯超细粉体与聚氨酯的反应性以及汉麻秆芯粉体添加量对其性能的影响，我们发现超细粉体可以提高聚氨酯涂层膜的拉伸强度、抗撕裂强度、防水性、透湿性、耐水解性、耐碱水解性、耐汗液水解性、耐光老化性、抗生物降解性、耐热氧化性和防粘连性。究其原因，其一，汉麻秆芯超细粉体的羟基能与聚氨酯中二异氰酸酯等基团反应形成牢固结合；其二，汉麻秆芯超细粉体的微孔结构，提高了透湿性能；其三，汉麻秆芯超细粉体的功能性显著改善了聚氨酯的抗老化降解性能。由此，项目提出了利用具有特殊功能的汉麻秆芯天然高分子材料来改性聚氨酯合成高分子材料的改性新方法。创新助推产业化主持人：请简单介绍一下项目的创新点及产业化的意义？郝新敏：这个项目共有四个创新点：一是发明了汉麻秆芯复合粉碎和预聚改性方法，研制出高反应性超细粉体添加剂。二是合成了高防水、高透湿改性聚氨酯涂层胶，研发高性能涂层新产品。三是合成了有机硅/聚氨酯改性涂层胶，研制生产了耐低温防风透湿涂层织物。四是研究了汉麻秆芯超细粉体改性聚氨酯的耐老化机理，解决了聚氨酯材料老化后的降解难题。在研究中，我们结合产业化提出了聚氨酯共混共聚改性的新方法，建立了涂层织物高防水透湿机理，研制了一种超细粉体添加剂，合成了两类涂层剂，形成了从合成方法、工艺、技术到产品装备的完整技术创新体系。改性聚氨酯胶涂层后，超细粉体的微孔结构减少了水分子传递的阻力，透湿量明显增大；微孔孔径小于1微米，液态水不能透过，具有防水效果；微孔粉体与聚氨酯大分子，既有化学键结合，也有微孔物理交联，形成了立体网络结构，增强了成膜的物理机械性能，提高了防水性能。这种天然高分子粉体微孔透湿与聚氨酯溶解——扩散透湿的有机结合，形成了高防水透湿新机理。在此基础上，我们设计发明了“致密—微孔—致密”多层涂覆工艺，研制生产了高性能涂层面料。主持人：纺织、高分子、新型材料等不同领域的专家对该项目都有较高的评价，请简单介绍该项目与国际类似项目的对比情况？郝新敏：用汉麻秆芯超细粉体改性聚氨酯涂层材料关键技术生产的新型军用防水透湿雨衣材料，透湿量大于每平方米每天6千克，耐水压超过20米水柱，洗涤20次后耐水压仍保持10米水柱以上，连续雨淋8小时不透水。另外，面料经28天湿热老化检测后无粘连，明显优于外国军队的同类产品，且成本不足美国的60%。新型军用防水透湿雨衣材料与我军87式雨衣相比，减重50%；防水透湿性提高10倍以上，耐老化储存时间从2年提高到4年以上。用汉麻秆芯超细粉体改性聚氨酯涂层材料关键技术生产的耐低温防风透湿涂层面料，具有良好的防风、低温透湿和柔软性能，与欧美同类产品相比，零下20℃时面料的弯曲程度较低，透湿量大幅提升，且价格比进口产品低20%；与美军同等功能的聚四氟乙烯层压织物相比，成本仅为其25%。用汉麻秆芯超细粉体改性聚氨酯涂层材料关键技术生产的改性聚氨酯超细纤维合成革与常规产品相比，吸水率提高4倍，透湿度提高30%，顶破强力提高30%，抗菌、耐水解等性能明显增强，而且大大降低了生产成本。注重军民合作主持人：为什么这个项目的第一完成单位是辽宁恒星精细化工有限公司，而拥有第一和第二完成人的中国人民解放军总后勤部军需装备研究所是第二完成单位？郝新敏：任何科研活动的终极目标都是要形成社会化生产，以技术进步推动社会生产力的发展。实践证明，产学研相结合是将科研工作及成果产业化的关键条件。因此，中国人民解放军总后勤部军需装备研究所特别重视与有实力、有能力和有潜力的优秀企业的合作。恒星集团是国内印染助剂行业的领军企业，多年来致力于相关领域的科研创新和应用推广工作，先后承担了国家创新资金、国家“十五”攻关、国家863计划、国家科技支撑计划、国家火炬计划等项目，科研成果显著，拥有国家发明专利20项和国际发明专利1项。作为“全国优秀民营科技企业”，恒星集团先后被认定为“国家企业技术中心”、“国家重点高新技术企业”、“国家创新型企业”、“中国新型印染助剂产品研发生产基地”。在“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”项目的研发中，恒星集团在项目技术的工艺化及产业化过程中发挥了关键性的作用，所以，我们产学研相结合的课题组一致同意将恒星精细化工有限公司作为第一完成单位，对恒星来说，这是实至名归。（中国纺织报）