低劣植物油也可以“變廢為寶”。在南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院郭凱教授團(tuán)隊(duì)完成的新型高性能生物基聚氨酯及其關(guān)鍵制造技術(shù)項(xiàng)目中，蓖麻油、棉籽油、地溝油等低劣植物油“華麗轉(zhuǎn)身”為生物基材料，與異氰酸酯合成生物基聚氨酯，并實(shí)現(xiàn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的萬噸級規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。日前，該項(xiàng)目獲得2023年度江蘇省科學(xué)技術(shù)獎一等獎。
聚氨酯由多元醇和異氰酸酯聚合而成，其原料對石化資源依賴重，并且聚氨酯涂料、軟泡、黏合劑等高端產(chǎn)品目前進(jìn)口依存度仍較高。“開發(fā)生物基聚氨酯及單體料多元醇可對石化基產(chǎn)品形成補(bǔ)充，且能高效固碳。”郭凱教授介紹說，研究團(tuán)隊(duì)以蓖麻油、棉籽油、地溝油等非食用性油脂為原料，開發(fā)出植物油多元醇，并由此開發(fā)出生物基聚氨酯特種結(jié)構(gòu)膠、防腐涂料、建筑結(jié)構(gòu)膠、電子灌封膠、軟泡5種高性能材料，成本低、性能強(qiáng)且環(huán)保。
在開發(fā)多元醇的過程中，傳統(tǒng)的環(huán)氧開環(huán)反應(yīng)是通過釜式反應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但其反應(yīng)選擇性控制難、兩相傳質(zhì)、效率較低，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性較差。為此，郭凱教授團(tuán)隊(duì)通過微尺度效應(yīng)調(diào)控機(jī)制研究，創(chuàng)新微化工及微化工—釜式集成成套技術(shù)及裝備，提高了反應(yīng)效率。植物油轉(zhuǎn)化為生物基聚氨酯單體過程對反應(yīng)均一性、過程可控性及綠色化程度方面要求較高，而采用這種微化工反應(yīng)方式解決了傳統(tǒng)反應(yīng)存在的技術(shù)難題。此外，該團(tuán)隊(duì)還通過流場結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將邊界尺度有效外擴(kuò)，完成單通道萬噸產(chǎn)能，結(jié)合可控聚合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系列生物基聚氨酯材料開發(fā)及多場景下游應(yīng)用。
據(jù)悉，該項(xiàng)目建成了國際上最大規(guī)模的年產(chǎn)量達(dá)5萬噸的生物基聚氨酯生產(chǎn)線，廣泛應(yīng)用于建材膠粘、電子灌封、家居醫(yī)護(hù)等領(lǐng)域。對標(biāo)石化同類產(chǎn)品，項(xiàng)目開發(fā)的生物基聚氨酯特種結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)外空白，該產(chǎn)品主要用于鐵路隧道建設(shè)中的保溫隔水領(lǐng)域。“在此之前，鐵路隧道中的保溫隔水材料主要采用聚烯烴卷材，此類材料導(dǎo)熱系數(shù)偏高、耐久性和穩(wěn)定性較弱、施工和儲運(yùn)復(fù)雜，生物基聚氨酯特種結(jié)構(gòu)膠材料的保溫隔水性能大幅優(yōu)于現(xiàn)行聚烯烴卷材，且是唯一一款可現(xiàn)場噴涂的材料。”據(jù)項(xiàng)目組成員方正教授介紹，他們開發(fā)的生物基聚氨酯特種結(jié)構(gòu)膠材料廣泛應(yīng)用于川藏線拉月隧道、沈白線白城隧道、濱州線新沙力隧道、海拉爾2號隧道、臥虎山隧道、格庫鐵路隧道等鐵路隧道工程建設(shè)中，有效解決了我國高鐵等鐵路隧道保溫隔水“卡脖子”問題。
生物基聚氨酯防腐涂料可實(shí)現(xiàn)鋅粉零添加，達(dá)到石化聚氨酯需添加65%以上鋅粉的重防腐水平，其附著力相較石化同類產(chǎn)品提升約65%。產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于包括越南平順和勝風(fēng)電場、西氣東輸四線天然氣管道工程、廣州白云國際機(jī)場三期擴(kuò)建工程等在內(nèi)的六十余項(xiàng)重要工程中，解決了我國風(fēng)電橋梁等動態(tài)領(lǐng)域的防腐難題。
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