单宁酸与铜离子改性汉麻纤维的制备原理及外观形貌变化。
受访者供图
近日，中国农业科学院麻类研究所南方特色作物遗传育种创新团队取得新进展。
科研人员通过全绿色、低能耗的功能化改性工艺，将汉麻纤维转化为兼具高效抗菌性与良好机械性能的多功能新材料。研究显示，经改性后的汉麻纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过99%，在多次标准洗涤后仍能保持稳定抗菌效果，这为汉麻纤维在医疗健康、高端纺织等领域应用打开了新的可能。
天然“明星材料”的现实困境
汉麻纤维是一种来源广泛、可再生的天然材料，长期以来被视为纺织、复合材料和生物医学领域的“潜力股”。其吸湿排汗、透气舒适、抗紫外等性能，使其在服装和功能性材料中具有独特优势。然而，在实际应用中，汉麻纤维也面临着难以回避的技术瓶颈。
“尽管汉麻纤维具有一定的天然抑菌能力，但对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等常见致病菌的抑制效果有限，难以满足医疗防护、高端纺织等对卫生安全要求高的应用场景。”中国农业科学院麻类研究所副研究员常丽说，为弥补这一不足，过去的研究和产业实践中，常采用化学溶剂处理、物理涂层等方式对纤维进行改性，但这些方法往往伴随着新的问题。
“一方面是环保性不足，部分改性工艺依赖银离子或有机溶剂，与汉麻本身的绿色属性相悖；另一方面是机械性能损耗，改性过程中容易破坏纤维结构，导致强度和柔韧性下降。”常丽表示，此前，团队也曾通过共价接枝技术将季铵盐抗菌官能团引入汉麻纤维，显著提升了抗菌持久性和耐洗性能，但工艺相对复杂，且对纤维力学性能仍有一定影响。
因此，如何在不破坏纤维结构的前提下，引入高效、持久且绿色的抗菌功能，成为汉麻纤维迈向高端应用的技术挑战。
据科研人员介绍，汉麻纤维在可持续发展方面的优势尤为突出。研究表明，汉麻纤维全生命周期碳排放较棉花低约60%，较化学纤维低约90%；每亩汉麻年固碳量可超过1.6吨。在种植环节，汉麻耐旱、耐贫瘠，生长周期仅3—4个月，基本不需要农药和化肥，用水量仅为棉花的三分之一。
“在应用性能上，汉麻纤维的吸湿排汗性是纯棉的3倍，透气性优异，抗紫外线能力强，可屏蔽95%以上紫外线，特别适合夏季服装、运动装备及户外场景。”常丽认为，如果能够在保持这些天然优势的基础上，通过绿色手段补齐抗菌短板，汉麻纤维有望在多个领域替代部分传统棉纤维和化纤材料，成为推动材料体系绿色转型的重要力量。
“功能SPA”新突破
此次研究的关键突破，来自科研团队提出的一种被形象称为“功能SPA”的绿色改性方法。与传统依赖高温或化学溶剂的处理方式不同，这种方法更像是对汉麻纤维进行一次温和而精准的“功能护理”。
研究人员首先利用来源于植物的单宁酸对汉麻纤维进行预处理，使其自然附着在纤维表面，形成稳定基础层。随后引入铜离子，与单宁酸协同作用，构建起牢固而稳定的抗菌结构。单宁酸在其中既起到连接作用，又能增强铜离子的稳定性，从而避免传统金属抗菌材料在使用过程中容易脱落、效果衰减的问题。
整个改性过程在水溶液中完成，不需要高温高压，也不依赖有机溶剂或有毒添加剂。所用原料来源天然、可循环，工艺条件温和，对设备要求低，可直接对接现有生产线，在环保性、能耗和产业化可行性之间实现了良好平衡。
在实现高效抗菌的同时，研究团队同样关注材料是否“经得起使用”。通过精细控制反应条件，抗菌成分主要作用于纤维表层，避免对纤维内部结构造成损伤，使材料在获得新功能的同时，仍能保持原有的强度和柔韧性。
实验结果显示，经改性的汉麻纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过99%，在经过50次标准洗涤后，抗菌效果仍能保持在93%以上，而机械性能基本不受影响。
“我们希望在提升材料性能的同时，不增加环境负担。”研究人员表示，这种兼顾功能提升与结构保护的改性思路，为天然纤维走向高端应用提供了一条更绿色、更可持续的路径。
多领域应用前景可期
常丽认为，凭借高效抗菌性、良好生物相容性和绿色低碳属性，这种新型汉麻纤维在多个领域展现出广阔前景。例如在高端纺织和医疗防护领域，可用于开发抗菌防臭内衣、袜子，以及手术服、医用口罩、高吸湿绷带和伤口敷料等产品，满足高卫生标准需求，降低感染风险。
在绿色建材和汽车工业中，汉麻纤维可作为增强材料用于混凝土或汽车内饰，不仅提升材料性能，还能降低挥发性有机物排放。在环保包装和一次性制品领域，其可降解特性有望替代部分塑料制品，成为优选抗菌材料。
业内人士认为，该成果不仅为汉麻纤维的高值化利用提供了关键技术支撑，也为天然纤维功能化和纺织行业绿色转型树立了新标杆。随着工艺的进一步优化和产业化推进，汉麻这一“古老作物”有望在现代材料体系中焕发出新的生命力。
单宁酸与铜离子改性汉麻纤维的制备原理及外观形貌变化。
受访者供图
近日，中国农业科学院麻类研究所南方特色作物遗传育种创新团队取得新进展。
科研人员通过全绿色、低能耗的功能化改性工艺，将汉麻纤维转化为兼具高效抗菌性与良好机械性能的多功能新材料。研究显示，经改性后的汉麻纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过99%，在多次标准洗涤后仍能保持稳定抗菌效果，这为汉麻纤维在医疗健康、高端纺织等领域应用打开了新的可能。
天然“明星材料”的现实困境
汉麻纤维是一种来源广泛、可再生的天然材料，长期以来被视为纺织、复合材料和生物医学领域的“潜力股”。其吸湿排汗、透气舒适、抗紫外等性能，使其在服装和功能性材料中具有独特优势。然而，在实际应用中，汉麻纤维也面临着难以回避的技术瓶颈。
“尽管汉麻纤维具有一定的天然抑菌能力，但对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等常见致病菌的抑制效果有限，难以满足医疗防护、高端纺织等对卫生安全要求高的应用场景。”中国农业科学院麻类研究所副研究员常丽说，为弥补这一不足，过去的研究和产业实践中，常采用化学溶剂处理、物理涂层等方式对纤维进行改性，但这些方法往往伴随着新的问题。
“一方面是环保性不足，部分改性工艺依赖银离子或有机溶剂，与汉麻本身的绿色属性相悖；另一方面是机械性能损耗，改性过程中容易破坏纤维结构，导致强度和柔韧性下降。”常丽表示，此前，团队也曾通过共价接枝技术将季铵盐抗菌官能团引入汉麻纤维，显著提升了抗菌持久性和耐洗性能，但工艺相对复杂，且对纤维力学性能仍有一定影响。
因此，如何在不破坏纤维结构的前提下，引入高效、持久且绿色的抗菌功能，成为汉麻纤维迈向高端应用的技术挑战。
据科研人员介绍，汉麻纤维在可持续发展方面的优势尤为突出。研究表明，汉麻纤维全生命周期碳排放较棉花低约60%，较化学纤维低约90%；每亩汉麻年固碳量可超过1.6吨。在种植环节，汉麻耐旱、耐贫瘠，生长周期仅3—4个月，基本不需要农药和化肥，用水量仅为棉花的三分之一。
“在应用性能上，汉麻纤维的吸湿排汗性是纯棉的3倍，透气性优异，抗紫外线能力强，可屏蔽95%以上紫外线，特别适合夏季服装、运动装备及户外场景。”常丽认为，如果能够在保持这些天然优势的基础上，通过绿色手段补齐抗菌短板，汉麻纤维有望在多个领域替代部分传统棉纤维和化纤材料，成为推动材料体系绿色转型的重要力量。
“功能SPA”新突破
此次研究的关键突破，来自科研团队提出的一种被形象称为“功能SPA”的绿色改性方法。与传统依赖高温或化学溶剂的处理方式不同，这种方法更像是对汉麻纤维进行一次温和而精准的“功能护理”。
研究人员首先利用来源于植物的单宁酸对汉麻纤维进行预处理，使其自然附着在纤维表面，形成稳定基础层。随后引入铜离子，与单宁酸协同作用，构建起牢固而稳定的抗菌结构。单宁酸在其中既起到连接作用，又能增强铜离子的稳定性，从而避免传统金属抗菌材料在使用过程中容易脱落、效果衰减的问题。
整个改性过程在水溶液中完成，不需要高温高压，也不依赖有机溶剂或有毒添加剂。所用原料来源天然、可循环，工艺条件温和，对设备要求低，可直接对接现有生产线，在环保性、能耗和产业化可行性之间实现了良好平衡。
在实现高效抗菌的同时，研究团队同样关注材料是否“经得起使用”。通过精细控制反应条件，抗菌成分主要作用于纤维表层，避免对纤维内部结构造成损伤，使材料在获得新功能的同时，仍能保持原有的强度和柔韧性。
实验结果显示，经改性的汉麻纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过99%，在经过50次标准洗涤后，抗菌效果仍能保持在93%以上，而机械性能基本不受影响。
“我们希望在提升材料性能的同时，不增加环境负担。”研究人员表示，这种兼顾功能提升与结构保护的改性思路，为天然纤维走向高端应用提供了一条更绿色、更可持续的路径。
多领域应用前景可期
常丽认为，凭借高效抗菌性、良好生物相容性和绿色低碳属性，这种新型汉麻纤维在多个领域展现出广阔前景。例如在高端纺织和医疗防护领域，可用于开发抗菌防臭内衣、袜子，以及手术服、医用口罩、高吸湿绷带和伤口敷料等产品，满足高卫生标准需求，降低感染风险。
在绿色建材和汽车工业中，汉麻纤维可作为增强材料用于混凝土或汽车内饰，不仅提升材料性能，还能降低挥发性有机物排放。在环保包装和一次性制品领域，其可降解特性有望替代部分塑料制品，成为优选抗菌材料。
业内人士认为，该成果不仅为汉麻纤维的高值化利用提供了关键技术支撑，也为天然纤维功能化和纺织行业绿色转型树立了新标杆。随着工艺的进一步优化和产业化推进，汉麻这一“古老作物”有望在现代材料体系中焕发出新的生命力。
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