春天的贵州,微风(feng)不燥。烟(yan)叶(ye)地里,农民起垄、覆膜春耕忙。
技(ji)术员小叶拿来一批(pi)新地膜,兴(xing)致勃(bo)勃(bo)地向大(da)家推广、介绍。去年他亲眼见(jian)证了这款地膜的神奇(qi)之处。“使用(yong)这款地膜,不需要人力或机械回收,到了第六个月它会自动消失在土壤中,没有任(ren)何污染。”
“真有这(zhei)么(me)神奇吗?我(wo)不(bu)信(xin)。”人(ren)群中有人(ren)起哄道。
“真(zhen)的有,这可(ke)是中国科(ke)学(xue)院(yuan)长(zhang)春应(ying)用化学(xue)研究所(以下简称长(zhang)春应(ying)化所)研制的产品(pin),大家要相信科(ke)学(xue)。”小叶爽(shuang)朗地(di)回答(da)道(dao)。
聚乳酸生产车间。
这款由中(zhong)国科学(xue)院院士(shi)陈学(xue)思团(tuan)队研(yan)发的(de)可(ke)降(jiang)解(jie)地(di)膜(mo),不仅“可(ke)消失”,而且“寿命可(ke)调”。例(li)如,叶(ye)菜等(deng)短周(zhou)(zhou)期(qi)植物(wu)的(de)可(ke)降(jiang)解(jie)地(di)膜(mo)寿命是2个月,土豆等(deng)长周(zhou)(zhou)期(qi)植物(wu)的(de)可(ke)降(jiang)解(jie)地(di)膜(mo)寿命是4个月。
日前,新款(kuan)地膜产品依托的(de)高性能聚乳(ru)酸(suan)产业(ye)化(hua)关键(jian)技(ji)术获(huo)中国科(ke)(ke)学院杰(jie)出科(ke)(ke)技(ji)成就奖。
做“中国人自己的聚乳酸生产线”
说到可降解(jie)(jie),绕(rao)不(bu)开本世纪初全球瞩目的“明(ming)星(xing)”环(huan)保(bao)材(cai)料(liao)(liao)(liao)——聚乳酸。它取材(cai)于玉米、木薯、纤维素(su)等材(cai)料(liao)(liao)(liao),将其埋(mai)入土里或植入人体内,经过几(ji)个月(yue)到几(ji)年时间,便(bian)会降解(jie)(jie)为(wei)(wei)小(xiao)分子,最终(zhong)成为(wei)(wei)水和二氧化碳(tan)。而(er)且,其生(sheng)产(chan)过程中排放的二氧化碳(tan)量仅为(wei)(wei)传统塑料(liao)(liao)(liao)的一半甚至更低,对(dui)环(huan)境、人体影响甚小(xiao)。
这样的环(huan)保(bao)材料(liao)吸引了陈学(xue)思的目光。当时(shi)他(ta)刚结束美国(guo)宾夕(xi)法尼亚(ya)大(da)学(xue)医学(xue)院生物化学(xue)和生物物理专业博(bo)士后研究归来,与浙江海正集团董事长白骅一拍即合(he),立志要(yao)做(zuo)“中(zhong)国(guo)人自己的聚(ju)乳(ru)酸生产(chan)线(xian)”。
白骅此(ci)前(qian)找(zhao)过不少大学(xue)、研究机构,可几乎每次都(dou)无功而返。因为(wei)聚(ju)乳酸的(de)单体丙交酯当时在中(zhong)国(guo)没有人能做出来,更不用说下一(yi)步的(de)聚(ju)合了。
最后这(zhei)一(yi)难(nan)题被陈(chen)学(xue)思(si)团队拿下。经过3年攻(gong)关,他们(men)提出(chu)了(le)有(you)工(gong)业化前景的技术(shu)总体方(fang)案,将丙交酯(zhi)的产量由几(ji)克稳定在几(ji)百(bai)克,使中国(guo)在生(sheng)物可降解塑料领域迈出(chu)关键一(yi)步(bu)。“当时丙交酯(zhi)1公(gong)斤市(shi)场售(shou)价(jia)为1万元左(zuo)右(you),我们(men)将价(jia)格打了(le)下来,如今1公(gong)斤仅售(shou)15元左(zuo)右(you)。”陈(chen)学(xue)思(si)回忆道。
虽然聚乳酸在科(ke)研界大热(re),但(dan)实验室获得的成(cheng)功(gong)却并(bing)没有马上换来(lai)国内市场的认(ren)可。
上世纪初,团队成(cheng)员边新超扛着一(yi)麻(ma)袋原料到浙江一(yi)家知名(ming)文具厂,当场制作了一(yi)把(ba)聚乳(ru)酸尺子。老板夸(kua)了一(yi)句“东西真好”,就再无下文。
陈(chen)(chen)(chen)学思并没有放弃(qi)从最(zui)开始(shi)就坚持的(de)(de)产业化路线。这(zhei)与他(ta)的(de)(de)父(fu)亲陈(chen)(chen)(chen)文启的(de)(de)科(ke)研理念不无(wu)关(guan)系。陈(chen)(chen)(chen)文启也是长春应化所的(de)(de)研究员。“父(fu)亲做科(ke)研一(yi)直(zhi)瞄准(zhun)的(de)(de)是产业化,曾主导尼龙-11的(de)(de)研发(fa)。他(ta)动(dong)手能力很(hen)强,很(hen)多别人(ren)做不出的(de)(de)实验,他(ta)都能做出来。”受到(dao)父(fu)亲的(de)(de)熏陶,陈(chen)(chen)(chen)学思认为“科(ke)研的(de)(de)一(yi)个(ge)重要价值在于走入百姓家”。
陈学(xue)思把目光对(dui)准了30吨(dun)中试生产线。2003年,边新超领命前往浙江省台州(zhou)市。当时他是刚工作3年的(de)小(xiao)年轻,带(dai)着一个8人小(xiao)团队。4年后,长春应化所(suo)与企业建(jian)成了5000吨(dun)/年产能的(de)示范(fan)线。这(zhei)是国内第(di)一条聚(ju)乳(ru)酸(suan)示范(fan)线,也是全球第(di)二(er)条聚(ju)乳(ru)酸(suan)生产线。
2015年,陈学思(si)团队将(jiang)这条生产(chan)线扩(kuo)产(chan)至(zhi)(zhi)1.5万吨/年,帮助企业(ye)首次在国内实现了万吨级聚乳酸稳定生产(chan)。至(zhi)(zhi)此,美国、中国、欧洲在全球(qiu)聚乳酸行业(ye)形成了三足鼎立的态势。
基础科研与产业化路线齐头并进
一粒粒状如莹白米粒的(de)聚乳酸(suan),并非天然完美。
最开始,用(yong)聚(ju)乳(ru)酸(suan)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)T恤(xu)腋(ye)下(xia)总是最先破(po)口,用(yong)聚(ju)乳(ru)酸(suan)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)文具放置时(shi)间一(yi)久便(bian)容易(yi)破(po)碎,用(yong)聚(ju)乳(ru)酸(suan)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)婴儿奶瓶(ping)最开始连(lian)一(yi)次蒸汽消毒(du)都扛不过去……望着(zhe)一(yi)堆(dui)堆(dui)失败的(de)(de)(de)产品,团队成员也曾陷入(ru)困顿(dun)。
用聚乳酸制成(cheng)的餐(can)具。长春应化所供图(tu)
“我们以产业需求为导向,提前做(zuo)好基础研究,不为发论文(wen)做(zuo)科研,而是为了让产品能够上货架,坚持基础科研与产业化路线(xian)齐(qi)头并(bing)进。”陈学思(si)说(shuo),“首先(xian)(xian)你(ni)要有(you)创新思(si)想,解决(jue)技(ji)术难点(dian),让产品的(de)技(ji)术含量达到国际领先(xian)(xian)。”
面对聚乳酸(suan)的(de)“不(bu)完美”,陈学思鼓励团(tuan)队(dui)成(cheng)员大胆想象,努力发掘聚乳酸(suan)的(de)“潜能”。团(tuan)队(dui)总(zong)结聚乳酸(suan)的(de)三大不(bu)完美之(zhi)处(chu),分别为耐(nai)热(re)差、韧性差、货架期短。为此,团(tuan)队(dui)开发了(le)成(cheng)核剂(ji)、增韧剂(ji)体(ti)系,完美解(jie)决了(le)前两(liang)大不(bu)完美。而货架期短,让(rang)团(tuan)队(dui)犯(fan)了(le)难(nan)。如何在可降解(jie)与长货架期之(zhi)间保持适(shi)度的(de)平衡成(cheng)为考验团(tuan)队(dui)智(zhi)慧的(de)难(nan)题。
“通过设计特定(ding)结构的抗水(shui)解(jie)剂(ji),我们可(ke)以控制聚乳(ru)酸的水(shui)解(jie)速率,进而调(diao)控聚乳(ru)酸使用寿命,且不(bu)破坏聚乳(ru)酸的可(ke)降(jiang)解(jie)性。”团队成员、长(zhang)春应化(hua)所研(yan)究员刘焱龙介绍(shao)。汽车后视镜等塑料配件的使用周期一般是15年,聚乳(ru)酸原本达不(bu)到这(zhei)么(me)长(zhang)的寿命,但他们将这(zhei)一不(bu)可(ke)能(neng)完成的任务变为(wei)现实,极大减少(shao)了汽车报(bao)废后的污染,废弃产物可(ke)以分解(jie)为(wei)水(shui)和二(er)氧(yang)化(hua)碳等对环(huan)境无害的小分子物质。
为了(le)聚乳酸顺利研发、生(sheng)产,陈(chen)学思的父亲“老陈(chen)老师”一直(zhi)工作到(dao)住院的前一刻。“有一次,我和‘老陈(chen)老师’因(yin)工作上的事吵到(dao)互(hu)不(bu)理睬,可没想到(dao)第(di)二(er)天(tian)他就笑盈盈地拿着西瓜来找我。”团队(dui)成(cheng)员、长春(chun)应化所(suo)研究(jiu)员庞(pang)烜(xuan)回忆道(dao)。
2020年,“老(lao)陈老(lao)师(shi)(shi)”因病(bing)去世。清明节前(qian),大家来到“老(lao)陈老(lao)师(shi)(shi)”墓前(qian),一坐就是(shi)大半天(tian),陪老(lao)爷(ye)子“唠(lao)唠(lao)”项(xiang)目进展,仿(fang)佛他从未离(li)开(kai)。
拒绝“哪个热门做哪个”
聚乳酸单价曾一度(du)从(cong)每吨1.8万元飙升至4万元。那时,找(zhao)陈学思团队(dui)要材料(liao)(liao)的(de)厂商(shang)络绎不绝。旁人笑道,“不用干(gan)别的(de),光(guang)倒腾原材料(liao)(liao)就可以实(shi)现(xian)财富(fu)自由”。
但“躺(tang)平”从(cong)来(lai)(lai)不是(shi)陈学(xue)思团队的(de)追求。更何况(kuang),聚乳酸发展经历的(de)起伏(fu),远不止人(ren)们看到(dao)的(de)那么(me)简单。欧(ou)洲推广(guang)可(ke)降解材(cai)料(liao)(liao)代替传统塑料(liao)(liao)的(de)步伐缓了(le)下来(lai)(lai),美国也从(cong)纸吸管(guan)又退回(hui)到(dao)塑料(liao)(liao)吸管(guan)时代,而国内(nei)全面推广(guang)限塑令(ling)的(de)时代还未到(dao)来(lai)(lai)。就连边新超在台(tai)州的(de)示范生产线,也被人(ren)揶揄(yu)过“快(kuai)倒闭(bi)了(le)吧”。
产业化初期(qi)需要经费支持,而这个时候(hou)不少企业没(mei)见到效益(yi)不敢投资,陈学思就拿出自己的(de)工(gong)资和(he)多年积蓄,“自筹经费”搞(gao)产业化。
那是2004年深(shen)冬,中试生(sheng)(sheng)产(chan)线的调试正处(chu)于关键阶(jie)段(duan),银行(xing)账户(hu)的余额却已逼近(jin)“警(jing)戒线”。财务(wu)总监第三次(ci)递上红(hong)色报表(biao)时,陈学思摸出贴身口袋里的银行(xing)卡,把(ba)自(zi)己的积蓄投入(ru)到(dao)生(sheng)(sheng)产(chan)线。受他(ta)感召,边新超等团队成员也纷(fen)纷(fen)尽自(zi)己所能“借”钱给企业(ye)进行(xing)产(chan)业(ye)化(hua)攻关,拿出工资支(zhi)持产(chan)业(ye)化(hua)工作。
往后的852个(ge)日夜(ye),陈(chen)学(xue)思(si)团(tuan)队每日工作12小时以上。夏季(ji)(ji)车间(jian)温度经常达到52℃,工作人员(yuan)因(yin)持续出汗引发皮肤(fu)湿疹,需(xu)每小时更(geng)换浸(jin)透盐(yan)渍的工作服;冬季(ji)(ji)夜(ye)间(jian)气温降至-10℃,多人出现手(shou)脚冻(dong)伤,但这(zhei)些(xie)困(kun)难都没能(neng)降低大家的工作热情。
2007年4月,随着第一粒聚乳酸树脂(zhi)与收集罐发出(chu)清脆的碰(peng)撞声(sheng),中(zhong)控室的状态灯(deng)全部转(zhuan)绿。陈学思等(deng)人(ren)终于迎来(lai)了(le)胜利(li)。
从丙交(jiao)酯单体到聚乳酸产品,20多(duo)年的产业化之路,陈学(xue)思团队坚持大(da)宗量和高(gao)附(fu)加值两个方向。
2021年,普(pu)立(li)思(si)生(sheng)物(wu)科(ke)技(ji)有(you)限(xian)公司在安徽省芜湖市成立(li)。普(pu)立(li)思(si)主(zhu)打大(da)宗量产品,主(zhu)要应用于地膜、一(yi)次性(xing)吸管、一(yi)次性(xing)纸杯、生(sheng)物(wu)降解(jie)胶(jiao)带、无纺布(bu)等领域。一(yi)期项目7.5万吨(dun)乳(ru)酸(suan)和5万吨(dun)聚(ju)乳(ru)酸(suan)连续生(sheng)产线(xian)已稳定投产,下(xia)一(yi)步(bu)将朝(chao)着(zhe)既定的30万吨(dun)聚(ju)乳(ru)酸(suan)目标进发。
陈学思还有(you)一个身份——长春新(xin)区(qu)驻区(qu)企业的首席科(ke)学家。他说:“中(zhong)小(xiao)企业的技(ji)术研发能(neng)力(li)普遍较(jiao)弱,我们(men)希望将浙江的成(cheng)功经验带回长春,推动(dong)技(ji)术成(cheng)果在(zai)大本营(ying)落(luo)地生(sheng)根。”
位于长春莲花山产业园(yuan)的长春赛诺海思生物医用材料有限公司(si),聚焦(jiao)聚乳酸(suan)的高端应用。陈学思布局了(le)可吸收(shou)敷(fu)料、鼻腔(qiang)止血材料、可吸收(shou)缝合线等六七(qi)个医用产品。一期厂房建设已完成(cheng),2024年陆续(xu)投产。
这些(xie)高附(fu)加值的聚(ju)乳酸产(chan)(chan)品,与其他厂家生产(chan)(chan)的聚(ju)乳酸产(chan)(chan)品有何(he)不同?
团队成员、长春应化所研究员孙海举例说,传统金属的(de)心(xin)血(xue)管(guan)支(zhi)架(jia)植入人(ren)体(ti)(ti),如果发生二次(ci)栓塞,则无法(fa)再次(ci)植入支(zhi)架(jia)治疗,而聚乳酸(suan)心(xin)血(xue)管(guan)支(zhi)架(jia)可降(jiang)解,最(zui)后化为(wei)二氧(yang)化碳和水,消失于人(ren)体(ti)(ti)中,可根(gen)据临床治疗方案(an)再次(ci)植入支(zhi)架(jia)。
美(mei)国雅培公司曾(ceng)开发(fa)聚乳酸心(xin)血管(guan)支(zhi)架(jia)(jia),但(dan)成(cheng)本过(guo)高,一至两克的心(xin)血管(guan)支(zhi)架(jia)(jia)售价高达四五万元。而陈学思(si)团(tuan)队正在(zai)开发(fa)的心(xin)血管(guan)支(zhi)架(jia)(jia),成(cheng)本被压缩到(dao)几千元,还兼具(ju)产品强度更(geng)高、患者使用时并(bing)发(fa)症概率更(geng)低的功能(neng)。
回想这些年(nian)的经历,陈学思始终坚信聚乳酸(suan)在未(wei)来会(hui)受(shou)到全球塑料行业(ye)的瞩目和青(qing)睐。“正是这份‘坚持专一’,我(wo)们从(cong)未(wei)改(gai)换赛道,拒绝哪(na)个热门做(zuo)哪(na)个。”
《中国(guo)科(ke)学(xue)报》(2025-04-22 第1版 要闻(wen))
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