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玉米摇身变塑料
来源:中国科学报   发布者:管理员   日期:2015-01-19   今日/总浏览:1/1801

近日,由第三军医大学西南医院承担的重庆市研发基地建设计划项目"重庆市再生重建医学工程技术研究中心"通过专家验收。

该中心围绕骨、软骨、皮肤和血管的损伤和修复重建等方向,重点开发可临床应用的修复重建新技术、新产品。目前,已建成种子细胞培育平台、支架材料组装评价平台、组织工程化产品构建与评价平台、生物材料与生物力学评价平台、影像学评价平台、临床试验平台等研发平台体系,研制成功具有自主知识产权的同种异体骨修复材料、生物型椎间融合器、干细胞富集材料、抗感染组织工程皮肤、可注射组织工程软骨等8大类、11种产品,与企业共建4800平方米同种异体支架材料中试生产线并通过医疗器械生产质量管理规范认证(GMP)。中心建设期间,共承担15项省部级以上科研项目,获得新产品证书2项、专利授权18件,发表SCI论文31篇,培养硕、博士18名,与美国罗彻斯特大学、瑞士苏黎世大学、北京大学、重庆富沃斯科技等国内外高校、科研院所和企业建立了稳定的科技合作关系,先后接收四川大学、重庆大学、重庆医科大学等高校科研人员300人次开展试验检测,实现了建设平台的开放共享。

聚乳酸树脂又被称为“玉米塑料”。中科院长春应化所科研团队利用先进的生物和化学化工技术,与浙江海正集团合作,用玉米原料生产出绿色塑料,不仅延长了玉米产业链、促进国产玉米塑料产业化,同时还解决了塑料带来的“白色污染”问题,节省化石资源,为绿色环保增添了浓墨重彩的一笔。

■本报记者 杨琪 通讯员 于洋

近日,浙江海正集团下属的浙江海诺尔生物材料有限公司年产5万吨聚乳酸产业链项目,在台州湾循环经济产业集聚区正式开工建设。该项目总投资9.5亿元,占地面积313亩,建设期为18个月,投产后可形成年均销售额16.5亿元,年均利税4亿元。该工程预计两年之后能够实现正式投产,建成后将成为亚洲最大的聚乳酸材料以及下游制品配套齐全的产业园区。

聚乳酸是全球用途最广泛的植物基塑料,最突出的优点是其生物可降解性,废弃后,其二氧化碳排放量与普通塑料相比可减少60%,目前被广泛应用于包装膜和泡沫材料、生态农业用塑料制品、一次性塑料使用制品、纺织纤维、医用塑料制品等多个领域。该项目建成后,将有效引领带动我国生物医药产业转型升级,推动生物新材料产业再上新台阶。

中科院长春应化所所长安立佳表示:“我们双方致力于我国新兴生物材料的开发和利用,成就人类的健康梦想,长春应化所将与海正集团一道,一如既往地在人才、科技等资源上发挥优势,同心合力、无缝隙对接项目,确保项目早日投产。”

战略需求呼唤

长春应化所研究员陈学思告诉《中国科学报》记者,被称为玉米塑料的聚乳酸树脂,其是由天然玉米经过生物技术和化学化工合成方法而得到。由于在废弃后,玉米塑料可被微生物分解成二氧化碳和水,又可胜任合成塑料的用途,使得聚乳酸树脂被世界公认为21世纪绿色环保、可持续发展的新型生态材料,并成为许多国家竞相研发、加大力度促其尽快产业化的重大课题。

我国是玉米生产大国,仅在2006~2007年,全国玉米产量达1.4亿吨以上。然而,玉米消费的70%左右以饲料为主,其较低的附加值不仅增加了玉米的库存压力,也使我国在国际玉米高值化产品上缺乏应有的竞争力。

同时,我国又是塑料消费大国,年均消耗塑料达6000余万吨。塑料的高消费,既加大了生产塑料所使用的石油压力,每生产1吨合成塑料须消耗3吨石油;同时,还加重了对环境的污染,所有废弃物中塑料的重量比已达10%,体积比则达30%左右。很显然,这笔账非常不划算。

为此,利用先进的生物技术以玉米为原料生产出绿色塑料,进而延长玉米产业链,解决塑料带来的“白色污染”问题,节省能源,推进绿色环保事业及社会可持续发展,进一步提升我国玉米产业的国际竞争力,已成为国家的重大战略需求。

面向国家重大战略需求,面向世界科技前沿,这是“国家队”长春应化所肩负的任务。上世纪90年代末,长春应化所的科技人员便意识到加速玉米塑料研发对国民经济和民生建设有着重大的意义。因此,陈学思带领着团队的科技人员,主动将研究工作的重点转移到这一国际科技前沿上。

科学“魔法”助力

通过对国内外玉米塑料发展现状的分析和论证,长春应化所的科技人员发现,制约玉米塑料合成技术难有突破性进展并难以形成规模产业化的重要瓶颈,主要是合成玉米塑料所使用的L-丙交脂大量依赖进口,聚合的产业化技术尚未获重大突破。

进而,科研人员又通过理论研究和实验证明,要打破国外的原料、技术垄断,实现L-丙交脂的大批量国产化,必须解决提高L-丙交脂收率、纯化和聚合反应三大技术关键。

围绕这些瓶颈问题,他们从反应条件研究入手,用近一年时间探索出了最佳制备L-丙交脂的反应工艺条件,筛选出了乳酸低聚和裂解的最佳反应温度、最佳反应时间、最佳催化剂体系。自主开发的具有自搅拌功能的塔式聚合反应釜解决了高黏态聚合物的本体聚合中传质和传热的难题。

这意味着,科研人员成功开发出了具有我国自主知识产权的L-丙交脂合成技术和聚合技术,而且,L-丙交酯的收率达到95%以上。

科技创新永无止境。之后,他们又通过工艺条件的优化和减压蒸馏方法的创新,得到了高纯度的聚合级L-丙交脂。与此同时,他们先后突破了聚合反应中反应条件对聚L-丙交脂分子量的影响、工艺方法等技术关键,成功制备出了性能达国外玉米塑料产品标准的国产化制品,为推进玉米塑料产业化奠定了重要基础。

实现聚乳酸产业化

在玉米塑料研发的初始阶段,长春应化所就前瞻性地把知识资本和产业资本、科技创新和技术创新有机结合起来,与浙江海正集团进行了强强联手,加速实现玉米塑料产业化。

长春应化所与海正集团将工作重点转移到玉米塑料产业化的研发上。他们采用分子蒸馏工艺和新型复合催化剂加速了脱水酯化反应,大幅提高了生产效率;筛选和优化了裂解催化剂,提高了反应效率,保证了产品质量;采用高效聚合催化剂和塔式聚合装置解决了分子量分布宽、各批次间的质量差异、传质传热效果差等系列工程问题,并于2007年建成了均具有自主知识产权的乳酸低聚裂解、L-丙交脂提纯、绿色无溶剂本体聚合等核心技术和生产装备。

2007年,成功建成我国规模最大、年产5000吨绿色可降解环保型聚乳酸树脂工业示范线并实现批量生产。该工业示范线的投产,标志着我国已成为世界上第二个聚乳酸树脂产业化规模达每年5000吨以上的国家。

该示范线玉米塑料收率达理论收率的92%以上,所生产玉米塑料数均分子量大于10万,达世界先进水平,部分指标达世界领先水平。

令人欣喜的是,其产品各项性能指标全面达到或部分超过美国Cargill Dow公司的同类产品水平,并远销西欧和日本等国。

科技成果得以快速转化,离不开国家和地方政府对“玉米塑料”的研发和产业化给予的大力支持,这也是长春应化所仅用1年时间完成实验室研究,用6年时间完成产业化开拓的重要推动力。

2005年,“5000吨/年玉米塑料聚乳酸树脂及制品关键技术研究”被列入国家科技攻关计划项目;2006年,年产5000吨聚乳酸项目被列为国家生物质工程高技术产业化示范项目,项目总投资9436万元。同时,该项目于2007年获中科院知识创新工程重要方向性项目支持。

为加速实现产业化,浙江海正集团先后为长春应化所提供研发经费2000余万元,并与长春应化所、台州国有资产经营有限公司合作成立了浙江海正生物材料有限公司,装备了系列国内外先进的仪器设备。

长春应化所持续将玉米塑料研发列入该所创新工程的重要项目,加强支持力度,构建研发平台,为做大做强玉米塑料产业提供了坚实的平台保障和有力的资源、装备支撑。

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