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文章來源: 發布日期:2023-07-04
在下一代生產力綻放的早期、qianyanjishugongyehuadefeigongshijieduan,xincailiaoxingyejiangzuoweijishuhexingyechuangxindezhongyaojishi。womenxiwangdakaigengduoduihua,tongguoxianshangzhutixiliehuodong,yaoqingxingyedakazaikeyanqianyan、產業革新、創業投資等各方麵進行思想交流,觀點碰撞,互相激發。
近日,華創資本和北京化工大學新材料校友會聯合主辦「創·享」新材料專場 ②,與大家線上、線下見麵暢聊。此次活動由華創資本投資人張誌超博士對話來自中科院寧波材料所劉小青博士、陝煤上海研究院王小憲博士、鄭州中遠企業集團董事長桑向東,一起討論“從底層創新出發,看全降解熱固性複合材料的產業發展應用”。
活動上,劉小青博士分享了《環境友好環氧樹脂——從生物基到可降解》這一主題,本文摘錄內容如下:
在正式開始之前,先厘清幾個概念:
yigegainianshichangshuodesuliaoheshuzhi。laobaixingpubianrenshidesuliao,yibanyigutaidexingshi,yilizidexingshichuxian。womenzairichangshenghuozhongshuodaoshuzhi,yibanshiregude,suoweiregujiushiguhuazhihoubunengzaichengxingjiagong,bunengzairong。erresuxingsuliaozaijiaredeqingkuangxia,keyizaichengxingjiagong。birunilong、聚丙漆、聚乙漆、滌di綸lun紡fang絲si,這zhe些xie被bei稱cheng之zhi為wei塑su料liao,是shi可ke以yi塑su性xing加jia工gong的de,這zhe是shi基ji本ben的de概gai念nian。今jin天tian說shuo的de環huan氧yang樹shu脂zhi,是shi熱re固gu性xing樹shu脂zhi裏li最zui大da的de品pin種zhong,每mei年nian用yong量liang全quan球qiu是shi 300 萬噸。
第二個概念是降解。中國的禁塑令開始之後,大家對“可生物降解”非常了解了,可生物降解對應的是什麼呢?對應的是禁塑令下的一次性產品,超市裏麵的餐具、刀叉和塑料薄膜。禁塑令之後,大家到星巴克買咖啡,已經看不到不可降解的塑料吸管,都改成紙質的吸管了。以前的PP 吸(xi)管(guan)不(bu)可(ke)以(yi)降(jiang)解(jie),禁(jin)塑(su)令(ling)不(bu)讓(rang)用(yong)了(le),但(dan)降(jiang)解(jie)塑(su)料(liao)跟(gen)不(bu)上(shang),就(jiu)用(yong)了(le)很(hen)多(duo)紙(zhi)質(zhi)的(de)材(cai)料(liao)替(ti)代(dai)。有(you)些(xie)酒(jiu)店(dian)不(bu)再(zai)提(ti)供(gong)一(yi)次(ci)性(xing)的(de)牙(ya)刷(shua)和(he)梳(shu)子(zi),也(ye)是(shi)為(wei)了(le)配(pei)合(he)禁(jin)塑(su)令(ling)。
shengwujiangjieduiyingdechanpinshishenmene?jiushiyicixingdedizhiyihaopinshengwujiangjie,jiangjiedeshouduanshiyongshengwuhuozheduifeifajiao,zhijiedeziranjiangjie,zuizhongmubiaoshijiangjiechengshuiheeryanghuatan。jintiangeidajiajiangdeshihuaxuejiangjie,suoweihuaxuejiangjiejiushibareguxingdeshuzhi,tongguohuaxuezuoyongjiangjiechengdijuwu,jiangjiechengkeyiyongdehuagongyuanliao,erbushishuiheeryanghuatan,yinweitanzhonghe、碳達峰,不利於二氧化碳的排放。
所以熱固性樹脂的降解要達到兩點:首先,能滿足高性能、高耐熱、gaowulixingnengxuqiu,feiqilezhihou,tongguohuaxuedeshouduanjiangjiechengkeyizaiciliyongdehuaxuewuzhi,erbushijiangjiechengshuiheeryanghuatan。qici,yaojiangjiedeshizaiputongtiaojianxiafeichangwendingdehuanyangshuzhi、複合材料。所以,我想厘清幾個概念,熱固性樹脂降解跟普通的生物降解不一樣。
接(jie)下(xia)來(lai),想(xiang)分(fen)享(xiang)我(wo)們(men)對(dui)新(xin)材(cai)料(liao)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)的(de)看(kan)法(fa)。我(wo)一(yi)直(zhi)認(ren)為(wei)材(cai)料(liao)首(shou)先(xian)是(shi)要(yao)滿(man)足(zu)高(gao)性(xing)能(neng),能(neng)用(yong)是(shi)最(zui)基(ji)礎(chu)的(de)需(xu)求(qiu)。第(di)二(er)是(shi)功(gong)能(neng)化(hua),比(bi)如(ru)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)能(neng)不(bu)能(neng)防(fang)腐(fu)?能(neng)不(bu)能(neng)抗(kang)菌(jun)?能(neng)不(bu)能(neng)導(dao)電(dian)?能(neng)不(bu)能(neng)導(dao)熱(re)?第(di)三(san)是(shi)智(zhi)能(neng)。比(bi)如(ru)食(shi)品(pin)的(de)包(bao)裝(zhuang),食(shi)品(pin)過(guo)期(qi)了(le)之(zhi)後(hou)有(you)變(bian)色(se),一(yi)看(kan)就(jiu)知(zhi)道(dao)。還(hai)有(you)自(zi)修(xiu)複(fu),一(yi)個(ge)材(cai)料(liao)如(ru)果(guo)劃(hua)損(sun)或(huo)者(zhe)損(sun)傷(shang),能(neng)不(bu)能(neng)自(zi)己(ji)愈(yu)合(he)?就(jiu)像(xiang)人(ren)一(yi)樣(yang)。
智能化之後是什麼?我覺得應該是綠色化,在滿足了人類基本需求後,最應該考慮的是什麼?是健康、是環境的可持續發展,所以一定是綠色化、綠色可循環。
功能化、智能化和綠色化其實是並行的,不是有了智能化之後再做綠色化。怎麼樣在滿足功能化、智能化的前提條件下賦予綠色化是現在的趨勢。
回到今天的主題——綠(lv)色(se)複(fu)合(he)材(cai)料(liao),作(zuo)為(wei)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)用(yong)的(de)最(zui)多(duo)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)是(shi)什(shen)麼(me)概(gai)念(nian)?大(da)家(jia)熟(shu)知(zhi)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi),多(duo)用(yong)在(zai)塗(tu)料(liao)複(fu)合(he)材(cai)料(liao),建(jian)築(zhu)交(jiao)通(tong)領(ling)域(yu)非(fei)常(chang)多(duo)。每(mei)年(nian)全(quan)球(qiu)用(yong)量(liang) 300 萬,中國的實際用量大概為 200 萬,它不像熱塑性塑料,可以再次加工、再次成型,用完之後隻能粉碎、燃燒或者填埋,汙染嚴重。
xianzaibuyunxutianmai,fensuizhuyaozuoweihuaxuetianliaotianchongdaobiedewujianli,dizhihualiyongfeichangyanzhong,qietaderanshaozhibugao,bianchengreliangdeguochengzhong,huizaochengerciwuran。dajiaduireguxingshuzhifuhecailiaodegutilajihentouteng,buzhidaogaizenmechuli。chuantongdejiangjiefangfajiushigaowen、高壓、強酸、強堿把樹脂降解掉,最後把固體垃圾變成了液體垃圾。固體垃圾其實還好處理,變成液體垃圾更麻煩。
2009 年以來,我一直做生物基的熱固性樹脂,就是不用石油資源。現在,針對實際需求做可降解、可回收的環氧樹脂。
我們來看產業需求,以風機葉片為例:2030年全球每年廢棄葉片將達到40萬噸,2050年將達到200萬噸,歐洲倡議在2025年起禁止通過掩埋處理葉片,德國、奧地利、荷蘭已經頒布禁令。中國的風機葉片整裝機總量風機和光伏大概7.6億千瓦時,2030 年nian可ke能neng要yao到dao十shi幾ji億yi千qian瓦wa,還hai有you很hen大da的de增zeng量liang空kong間jian。麵mian對dui這zhe麼me大da量liang的de風feng機ji葉ye片pian回hui收shou,怎zen麼me去qu存cun量liang?退tui役yi下xia來lai的de葉ye片pian如ru何he處chu理li?風feng機ji葉ye片pian帶dai來lai的de問wen題ti已yi經jing引yin起qi了le熱re固gu性xing樹shu脂zhi降jiang解jie回hui收shou的de關guan注zhu度du。
以前沒有明確中國的風機葉片退役之後誰來處理,6月13日國家能源總局發布了兩個文件,立法由電廠來處理。並且明確了小的葉片,像高速公路旁邊看到 30 米長的葉片,都要換成將近 100 michangdeyepian,yinweikeyibafadianxiaolvtidegenggao,yixiaohuandayeshiweilejiangdiwuran。yinci,womenmianlinzheyixiaohuandaheweilaifengjiyepianxindezhuangjirongliangbaozeng,zheshizhongguodeshichang。
再看學術界,連續好幾年 Nature、Science 頂(ding)刊(kan)持(chi)續(xu)關(guan)注(zhu)熱(re)固(gu)性(xing)樹(shu)脂(zhi),熱(re)固(gu)性(xing)樹(shu)脂(zhi)包(bao)括(kuo)塑(su)料(liao)的(de)回(hui)收(shou)是(shi)國(guo)際(ji)社(she)會(hui)非(fei)常(chang)火(huo)熱(re)的(de)方(fang)向(xiang),人(ren)類(lei)要(yao)進(jin)入(ru)循(xun)環(huan)經(jing)濟(ji),不(bu)是(shi)靠(kao)資(zi)源(yuan)投(tou)入(ru)來(lai)帶(dai)動(dong)發(fa)展(zhan)。
研yan究jiu上shang如ru何he解jie決jue?一yi說shuo到dao可ke降jiang解jie,我wo們men做zuo研yan究jiu的de人ren或huo者zhe對dui行xing業ye跟gen蹤zong得de比bi較jiao緊jin密mi的de人ren都dou覺jiao得de用yong的de動dong態tai鍵jian,就jiu是shi動dong態tai可ke逆ni的de化hua學xue鍵jian來lai保bao證zheng它ta的de降jiang解jie。這zhe確que實shi是shi一yi個ge很hen容rong易yi的de方fang式shi,但dan作zuo為wei複fu合he材cai料liao用yong的de樹shu脂zhi,如ru果guo有you一yi個ge動dong態tai鍵jian在zai裏li麵mian,它ta的de性xing能neng會hui在zai使shi用yong過guo程cheng中zhong發fa生sheng各ge種zhong變bian化hua。隨sui著zhe熱re濕shi度du變bian化hua,性xing能neng是shi否fou滿man足zu我wo們men的de需xu求qiu?我wo們men是shi否fou會hui放fang心xin它ta?我wo個ge人ren是shi不bu看kan好hao的de,當dang然ran它ta是shi一yi種zhong非fei常chang好hao的de技ji術shu,肯ken定ding會hui有you一yi些xie應ying用yong。
一個能用的技術或者能真正盈利的產業發展技術,到底要具備什麼樣的特點?首先是性價比,要滿足應用需求,生產、價格要有足夠的競爭力。
zuoweiyanfarenyuan,xiangyinlingzhegexingye,dangshichangrongliangheshichangdexuqiuzugoudadeshihou,caiyouziyuanquzuoxincailiao。womendejishuxuyaoshenmeyangdetedian?qunianwomenliyongxianzaishimianshangkeyimaidaodeputonghuanyangshuzhi,zuoleyibuhuaxuegaixing,keyibatazuodaokejiangjie。zhezhishihuaxuejiangjie,womendejiangjietiaojianshi 80~90 度/三個小時,完全可以把纖維、把要回收的產品回收出來,降解的液體也可以再利用。
從去年到今年大概大半年的時間,我一直在做使用性能的評價。第一當然是熱力學性,它的力學性、熱學性,耐熱溫度從 85~150度du都dou可ke以yi做zuo到dao。針zhen對dui它ta的de應ying用yong,我wo們men最zui關guan鍵jian要yao做zuo的de是shi什shen麼me?一yi個ge是shi吸xi水shui率lv,當dang吸xi水shui率lv高gao的de時shi候hou,複fu合he材cai料liao是shi不bu可ke能neng用yong的de。吸xi水shui率lv跟gen普pu通tong銷xiao售shou的de151環氧樹脂沒有太大的差別。
第二,濕熱老化,濕熱老化是否足夠穩定?Nature、Science文wen章zhang,絕jue對dui看kan不bu到dao濕shi熱re老lao化hua的de指zhi標biao,但dan這zhe非fei常chang重zhong要yao。做zuo過guo了le之zhi後hou,我wo對dui這zhe個ge技ji術shu的de信xin心xin度du就jiu更geng高gao了le。有you了le基ji礎chu的de性xing能neng,對dui於yu熱re固gu性xing樹shu脂zhi來lai講jiang,加jia工gong適shi用yong性xing就jiu是shi好hao不bu好hao用yong,我wo們men做zuo了leRTM 工藝,就是真空灌注,這是複合材料裏麵用得非常多的工藝。我們做的碳纖維的複合材料的力學性能跟普通的樹脂沒有區別,濕熱、老化,靜態的、動態的沒有區別。另外我們也做了預攪料,把樹脂同步到增強纖維上做預攪料,它的玻璃化溫度、強度、吸水率也沒有問題,比普通樹脂甚至要好一些。
第三,電性能,它的電性能擊穿強度、電阻力、表麵電阻、jiedianchangshuhejianlianhaosun,genputongdebukejiangjieshuzhijihuchabuduo。zuihoujiangjiechengshenme?jiangjiechengshuangfenandeduoyuanchun,zhegeshuangfenleideduoyuanchunshijuanzhide,keyizaizuochengjuanzhishuzhiyong,zheshijishuduan。jiandanlaishuo,womenzhuyaoweiraozaisangedian:
立足生物基單體的結構特點,通過化學結構設計,合成高性能結構-功能一體化高分子材料,是提高不可替代性,增強生物基高分子競爭力的重要途徑;
對(dui)熱(re)固(gu)性(xing)樹(shu)脂(zhi)而(er)言(yan),可(ke)以(yi)在(zai)分(fen)子(zi)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)就(jiu)考(kao)慮(lv)其(qi)廢(fei)棄(qi)之(zhi)後(hou)的(de)處(chu)理(li)問(wen)題(ti),引(yin)入(ru)雜(za)原(yuan)子(zi)和(he)功(gong)能(neng)化(hua)複(fu)合(he)等(deng)手(shou)段(duan),得(de)到(dao)性(xing)能(neng)易(yi)於(yu)調(tiao)控(kong)的(de)功(gong)能(neng)化(hua)碳(tan)材(cai)料(liao);
kechixureguxingshuzhibixukaolvyuancailiaodekezaisheng,shiyongguochengzhongdegaoxingneng,feiqizhihoudezailiyong,congwomendeyanjiujieguolaikan,quanshengmingzhouqidekechixuwanquankeyishixian。
我(wo)們(men)麵(mian)向(xiang)的(de)市(shi)場(chang)是(shi)什(shen)麼(me)?第(di)一(yi)個(ge)最(zui)大(da)的(de)市(shi)場(chang)是(shi)風(feng)機(ji)葉(ye)片(pian)市(shi)場(chang),一(yi)講(jiang)風(feng)機(ji)葉(ye)片(pian),首(shou)先(xian)會(hui)被(bei)問(wen)成(cheng)本(ben)足(zu)不(bu)足(zu)夠(gou)低(di)?風(feng)機(ji)葉(ye)片(pian)樹(shu)脂(zhi)太(tai)便(bian)宜(yi)了(le),但(dan)回(hui)頭(tou)想(xiang),中(zhong)國(guo)人(ren)沒(mei)有(you)掌(zhang)握(wo)這(zhe)個(ge)技(ji)術(shu)的(de)時(shi)候(hou),它(ta)並(bing)不(bu)便(bian)宜(yi),中(zhong)國(guo)人(ren)把(ba)它(ta)做(zuo)通(tong)了(le)之(zhi)後(hou),馬(ma)上(shang)便(bian)宜(yi)了(le),然(ran)後(hou)外(wai)企(qi)不(bu)幹(gan)了(le),覺(jiao)得(de)利(li)潤(run)太(tai)低(di)。我(wo)們(men)現(xian)在(zai)的(de)可(ke)降(jiang)解(jie)樹(shu)脂(zhi),它(ta)的(de)價(jia)格(ge)比(bi)市(shi)售(shou)的(de)稍(shao)微(wei)貴(gui)一(yi)丁(ding)點(dian),大(da)概(gai)10% 左右,市場完全是能接受的。
第(di)二(er)個(ge)市(shi)場(chang)是(shi)電(dian)工(gong),電(dian)工(gong)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)裏(li)有(you)一(yi)個(ge)產(chan)品(pin)可(ke)能(neng)馬(ma)上(shang)會(hui)替(ti)代(dai),就(jiu)是(shi)幹(gan)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)。以(yi)前(qian)電(dian)壓(ya)器(qi)把(ba)電(dian)壓(ya)棒(bang)放(fang)到(dao)泡(pao)的(de)油(you)裏(li)麵(mian),用(yong)外(wai)殼(ke)包(bao)住(zhu),後(hou)來(lai)國(guo)外(wai)發(fa)生(sheng)很(hen)多(duo)爆(bao)炸(zha),所(suo)以(yi)現(xian)在(zai)要(yao)變(bian)成(cheng)幹(gan)式(shi)。銅(tong)棒(bang)要(yao)用(yong)樹(shu)脂(zhi)封(feng)起(qi)來(lai),那(na)就(jiu)會(hui)有(you)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti),銅(tong)棒(bang)這(zhe)些(xie)附(fu)加(jia)值(zhi)高(gao)的(de)金(jin)屬(shu)回(hui)收(shou)。
第(di)三(san)個(ge)市(shi)場(chang)是(shi)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che),新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)一(yi)定(ding)是(shi)要(yao)配(pei)合(he)輕(qing)量(liang)化(hua),輕(qing)量(liang)化(hua)怎(zen)麼(me)體(ti)現(xian)?就(jiu)是(shi)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)。當(dang)然(ran)現(xian)在(zai)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)在(zai)汽(qi)車(che)利(li)用(yong)上(shang)遇(yu)到(dao)一(yi)些(xie)瓶(ping)頸(jing),但(dan)我(wo)相(xiang)信(xin)隻(zhi)要(yao)趨(qu)勢(shi)在(zai)那(na)裏(li),它(ta)肯(ken)定(ding)能(neng)走(zou)過(guo)去(qu)。新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)用(yong)多(duo)了(le),會(hui)比(bi)風(feng)機(ji)葉(ye)片(pian)的(de)汙(wu)染(ran)更(geng)嚴(yan)重(zhong),因(yin)為(wei)它(ta)是(shi)分(fen)散(san)的(de),風(feng)機(ji)葉(ye)片(pian)是(shi)集(ji)中(zhong)的(de)。
還有一些相對小宗的領域,消費電子品、運yun動dong器qi材cai等deng等deng。現xian在zai穀gu歌ge和he蘋ping果guo已yi經jing在zai宣xuan傳chuan,新xin產chan品pin用yong的de材cai料liao一yi定ding都dou是shi可ke再zai生sheng或huo者zhe是shi可ke降jiang解jie的de,這zhe些xie市shi場chang雖sui然ran相xiang比bi不bu大da,但dan是shi附fu加jia值zhi比bi較jiao高gao。
當然,還會有一些潛在的應用領域,現在沒有想到的,未來可能也會有。
butongdeyingyonglingyuduijiangjiedemubiaohexuqiuyebuyiyang。birubianyaqilimian,jiangjiedemudeshishenme?shiyaobaguizhongdejinshuhuishou,guanzhujiangjiezhihoudechanwunengbunengyong;比bi如ru玻bo璃li纖xian維wei複fu合he材cai料liao,因yin為wei玻bo璃li纖xian維wei不bu貴gui,首shou要yao講jiang的de降jiang解jie的de樹shu脂zhi能neng夠gou用yong好hao玻bo璃li纖xian維wei。所suo以yi,要yao根gen據ju降jiang解jie的de目mu的de,根gen據ju經jing濟ji性xing來lai製zhi定ding降jiang解jie的de策ce略lve。