在全球應(yīng)對氣候變化、推動可持續(xù)發(fā)展的時代浪潮下,生物基高分子材料作為傳統(tǒng)石油基材料的重要替代品,正迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所(以下簡稱“寧波材料所”)的生物基高分子材料課題組,正是這一前沿領(lǐng)域的重要探索者與創(chuàng)新引擎,致力于通過尖端技術(shù)研發(fā),推動我國生物基材料產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
一、生物基高分子材料的戰(zhàn)略價值
生物基高分子材料是指以可再生的生物質(zhì)資源(如淀粉、纖維素、木質(zhì)素、植物油及糖類等)為原料,通過生物、化學(xué)或物理方法制備的高分子材料。其核心優(yōu)勢在于:
- 可再生性:原料來源于生物質(zhì),可實現(xiàn)碳循環(huán),減少對化石資源的依賴。
- 環(huán)境友好性:部分材料具備生物可降解性,有助于緩解“白色污染”問題。
- 低碳足跡:其生命周期內(nèi)的碳排放通常低于傳統(tǒng)石油基材料,助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)。
二、寧波材料所課題組的研發(fā)方向與技術(shù)突破
寧波材料所生物基高分子材料課題組依托中國科學(xué)院強(qiáng)大的科研平臺,聚焦國家重大需求與產(chǎn)業(yè)技術(shù)瓶頸,開展了系統(tǒng)性的研究工作,主要方向包括:
- 高性能生物基單體與聚合物的設(shè)計與合成:
- 開發(fā)新型高效的催化體系,將生物質(zhì)平臺化合物(如糠醛、5-羥甲基糠醛、乳酸、琥珀酸等)轉(zhuǎn)化為具有特定結(jié)構(gòu)與功能的高性能單體。
- 創(chuàng)新聚合方法(如酶催化聚合、可控聚合等),制備分子量可控、結(jié)構(gòu)明確的生物基聚酯、聚酰胺、聚氨酯等,其力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性可媲美甚至超越傳統(tǒng)工程塑料。
- 生物基可降解材料的改性與應(yīng)用拓展:
- 針對聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)等主流生物可降解材料存在的脆性、耐熱性不足等問題,通過共聚、共混、納米復(fù)合等手段進(jìn)行增強(qiáng)增韌改性。
- 研發(fā)適用于3D打印、高端包裝、醫(yī)用敷料、農(nóng)業(yè)地膜等領(lǐng)域的專用牌號材料,提升材料附加值。
- 生物基功能材料的創(chuàng)制:
- 利用生物質(zhì)分子的獨特結(jié)構(gòu),設(shè)計開發(fā)具有自修復(fù)、形狀記憶、刺激響應(yīng)、抗菌、阻燃等特殊功能的智能材料。
- 探索生物基碳材料、生物基彈性體等在新興領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
- 綠色加工技術(shù)與全生命周期評價:
- 研究生物基材料的節(jié)能、高效加工成型工藝(如發(fā)泡、紡絲、注塑),降低生產(chǎn)成本。
- 建立從“原料種植/收集”到“廢棄后處理”的全生命周期環(huán)境效益評估模型,為材料設(shè)計與政策制定提供科學(xué)依據(jù)。
三、從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的橋梁
課題組不僅注重基礎(chǔ)研究與原始創(chuàng)新,更積極踐行“料要成材,材要成器,器要好用”的理念,致力于推動科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化:
- 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同:與國內(nèi)外知名高校、企業(yè)建立緊密合作關(guān)系,共建聯(lián)合實驗室或研發(fā)中心,共同攻克關(guān)鍵技術(shù)。
- 工程化與中試:在寧波材料所完善的工程化平臺上,進(jìn)行工藝放大與中試驗證,為規(guī)模化生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)包。
- 服務(wù)地方經(jīng)濟(jì):緊密結(jié)合浙江省及長三角地區(qū)雄厚的制造業(yè)基礎(chǔ)與市場需求,推動生物基材料在汽車、家電、紡織、日化等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的綠色升級。
四、未來展望與挑戰(zhàn)
盡管前景廣闊,生物基高分子材料的大規(guī)模商業(yè)化仍面臨原料成本、綜合性能、回收體系等多重挑戰(zhàn)。寧波材料所生物基高分子材料課題組將繼續(xù)秉持創(chuàng)新精神,未來可能在以下方面深入探索:
- 原料多元化與高值化利用:開發(fā)非糧生物質(zhì)(如秸稈、林業(yè)廢棄物)的高效轉(zhuǎn)化技術(shù),避免與人爭糧。
- 分子精準(zhǔn)合成與人工智能輔助設(shè)計:利用計算化學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí),加速新型生物基聚合物的發(fā)現(xiàn)與性能預(yù)測。
- 閉環(huán)循環(huán)體系構(gòu)建:研究生物基材料的化學(xué)回收與升級回收技術(shù),實現(xiàn)真正的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
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中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料課題組的研發(fā)工作,是我國在綠色材料科技領(lǐng)域奮勇爭先的一個縮影。通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)學(xué)研深度融合,該團(tuán)隊正努力將豐富的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為性能優(yōu)異、環(huán)境友好的先進(jìn)材料,為構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會,保障國家材料戰(zhàn)略安全提供堅實的科技支撐,在生態(tài)文明建設(shè)的宏偉藍(lán)圖中書寫重要的材料篇章。
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更新時間:2025-12-28 08:37:21