可降解材料的科研墾荒之旅

　　近日，東華工程科技股份有限公司(以下簡稱東華科技)和新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司共同投資成立的東華天業(yè)新材料有限公司(以下簡稱東華天業(yè))開發(fā)出以全生物降解新材料聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)為主要原料的新型環(huán)保防塵網(wǎng)，而PBAT的研發(fā)則是東華科技積極進(jìn)軍白色污染治理新領(lǐng)域的重要舉措。

　　作為國資央企的一份子，“十四五”期間，東華科技把新材料產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略布局和科技創(chuàng)新的重點(diǎn)方向，積極投身白色污染治理事業(yè)，布局上下游產(chǎn)業(yè)鏈。2021年，東華天業(yè)成立，建設(shè)生物降解材料PBAT項(xiàng)目。同年，中國化學(xué)環(huán)保研究院(以下簡稱研究院)落戶安徽合肥，把環(huán)保綠色新材料作為研發(fā)的重要方向之一。至此，該院研發(fā)團(tuán)隊(duì)開啟了PBAT高效催化劑的研發(fā)之路。

　　自主探索　研發(fā)出東華人的催化劑

　　2021年3月，研究院接到一項(xiàng)看起來不可能但必須完成的任務(wù)——在1年內(nèi)完成PBAT高效催化劑的合成工藝改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)東華天業(yè)全生物降解材料PBAT項(xiàng)目順利投產(chǎn)。

　　PBAT屬于熱塑性全生物降解塑料，是目前生物降解塑料研究中非常活躍和市場應(yīng)用前景最好的降解材料之一，可廣泛應(yīng)用于包裝材料、餐飲用具、衛(wèi)生用品、地膜等一次性塑料用品。開發(fā)和使用新型高效的工業(yè)催化劑是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好工藝的有效舉措，但在工業(yè)化應(yīng)用時(shí)，PBAT高效催化劑成為最棘手的問題。當(dāng)時(shí)市場上已有的PBAT催化劑要么轉(zhuǎn)讓費(fèi)用過高，要么技術(shù)不對外轉(zhuǎn)讓，同時(shí)也無法驗(yàn)證催化劑的活性和穩(wěn)定性。

　　“沒有現(xiàn)成的，我們就自主探索，研發(fā)出東華人自己的催化劑。”研究院副院長錢俊說，一年的時(shí)間期限，超高的標(biāo)準(zhǔn)讓整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)備感壓力。從催化劑研發(fā)到小試、中試，再到最終應(yīng)用于工業(yè)化裝置生產(chǎn)、成功開車產(chǎn)出合格產(chǎn)品是一系列極為復(fù)雜的過程，真正預(yù)留給研發(fā)團(tuán)隊(duì)的時(shí)間只有6個(gè)月。同時(shí)，催化劑的研發(fā)與項(xiàng)目建設(shè)同步開展，必須在項(xiàng)目建設(shè)工期內(nèi)完成PBAT高效催化劑的開發(fā)及工業(yè)化應(yīng)用。一旦時(shí)間耽誤，建設(shè)好之后如果無法開工，企業(yè)將面臨巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

　　開弓沒有回頭箭，既然決定接受挑戰(zhàn)，那就要破釜沉舟。通過大量調(diào)研和閱讀技術(shù)文獻(xiàn)，在與市面上的各類PBAT催化劑進(jìn)行大量的對比試驗(yàn)、并消化吸收行業(yè)現(xiàn)有各類催化劑的優(yōu)點(diǎn)后，東華科技PBAT綠色高效催化劑正式誕生。

　　“與別的催化劑相比，我們自主研制的催化劑有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是活性高，二是配置工藝簡單，極大地降低了生產(chǎn)成本。”錢俊說。

　　鍥而不舍　“咖啡豆”變“雪白珍珠”

　　工業(yè)催化劑的開發(fā)和實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)實(shí)驗(yàn)存在巨大區(qū)別。在完成了PBAT綠色高效催化劑設(shè)計(jì)與聚合工藝的探索后，能否成功應(yīng)用于工程實(shí)踐、實(shí)現(xiàn)順利開車的目標(biāo)，成為研發(fā)團(tuán)隊(duì)面對的另一個(gè)挑戰(zhàn)。

　　2021年6月，東華科技與天業(yè)集團(tuán)在新疆共同建立生物全降解新材料技術(shù)創(chuàng)新中心，作為PBAT的中試基地。

　　當(dāng)時(shí)剛從合肥工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程專業(yè)畢業(yè)的孫祥斌博士仍然記得首次中試時(shí)的場景。PBAT中試是2021年12月1日上午9點(diǎn)開始，從酯化到聚合，一切在緊張有序地進(jìn)行。每個(gè)人的內(nèi)心都是忐忑的：催化劑有沒有效果?工藝流程能不能打通?最終能不能形成PBAT粒子?一切都是未知。等待產(chǎn)出的過程猶如“開盲盒”，你永遠(yuǎn)也不知道產(chǎn)出的粒子是什么樣的。

　　當(dāng)天晚上11點(diǎn)，歷經(jīng)了12個(gè)小時(shí)的等待，當(dāng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)看到裝置傳送出一顆顆紅彤彤像“咖啡豆”一樣的顆粒時(shí)，心涼了半截。因?yàn)閮?yōu)質(zhì)PBAT粒子最顯著的特征就是通體雪白，顯然這次產(chǎn)出的PBAT粒子并不符合標(biāo)準(zhǔn)。

　　但是對項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉征來說，這種看起來不盡如人意的結(jié)果才是常態(tài)，因?yàn)樗鼧?biāo)志著研發(fā)團(tuán)隊(duì)首次打通了PBAT中試流程。

　　中試是枯燥的，需要極大的耐心和毅力，隨時(shí)可能面臨挫折、失敗及各種風(fēng)險(xiǎn)。從設(shè)計(jì)方案、正式模擬到經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，一次完整的中試至少需要2到3天。在新疆的6個(gè)多月里，研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后完成了20余次完整的中試。

　　“那段時(shí)間令我刻骨銘心。我們每天不斷地調(diào)整實(shí)驗(yàn)中各種細(xì)微的數(shù)據(jù)，一次又一次觀察粒子的顏色、測試粒子的性能。”劉征說。

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)從零開始，自己設(shè)計(jì)方案、自己與設(shè)備廠家溝通，自主研發(fā)出一套包含冷凍水站和冷水機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)，有效地對冷凝器循環(huán)水進(jìn)行了控制，保證了中試的穩(wěn)定性。

　　2022年3月，經(jīng)過無數(shù)次的聚合試驗(yàn)，裝置終于成功產(chǎn)出猶如一顆顆橢圓形“雪白珍珠”的PBAT粒子。

　　勇于攀登　迎來榮耀高光時(shí)刻

　　2022年6月20日，全生物降解材料PBAT項(xiàng)目一次性開車成功，研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于迎來了屬于他們的榮耀高光時(shí)刻。經(jīng)過第三方的權(quán)威認(rèn)證檢測，東華科技生產(chǎn)的PBAT粒子無論是色澤還是性能都優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　“企業(yè)的研發(fā)和高校研發(fā)目標(biāo)并不一致，高校研發(fā)以科技論文和機(jī)理研究為導(dǎo)向，而科技公司是以研究出符合預(yù)期的產(chǎn)品為目標(biāo)。”研究院院長、東華科技資深技術(shù)總監(jiān)汪炎說。面對新疆的極端惡劣天氣，研發(fā)團(tuán)隊(duì)以創(chuàng)新求實(shí)的態(tài)度迎戰(zhàn)試驗(yàn)中出現(xiàn)的各類問題，協(xié)調(diào)高校、設(shè)計(jì)、采購等多方資源，自己跑工地、跑項(xiàng)目、跑供應(yīng)商。

　　目前，東華科技研制的PBAT高效綠色催化劑已獲得一項(xiàng)安徽省科技成果鑒定和一項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)，同時(shí)通過下游改性開發(fā)出獨(dú)有配方和技術(shù)，應(yīng)用于生活用購物袋和垃圾袋。東華科技一個(gè)兼具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會價(jià)值的產(chǎn)業(yè)發(fā)展初現(xiàn)雛形。

　　作者：東華工程科技股份有限公司 劉茜玥 王穎